CN109339974A - 一种燃气型斯特林发动机燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃气型斯特林发动机燃烧器，属于热气机领域。该燃烧器包括燃烧室、旋流器、板式换热器、烟气通道和空气通道，空气通道在燃烧器内分为位于板式换热器上方的环形上空气通道和位于板式换热器下方的环形下空气通道，板式换热器成环形并作为燃烧室的周向壁，板式换热器由多片换热板叠合形成交错间隔的烟气腔道和空气腔道，烟气腔道朝燃烧室的内侧构成燃烧室的烟气排出通道，烟气腔道在燃烧室的外侧与烟气通道连通；空气腔道在板式换热器的上侧边与上空气通道连通，空气腔道在板式换热器的下侧边与下空气通道连通。该燃烧器可以显著减少换热器占用空间并提高换热效率。

Description

一种燃气型斯特林发动机燃烧器

技术领域

本发明涉及一种燃气型斯特林机燃烧器及其换热器结构，属于热气机领域。

背景技术

燃气型斯特林发动机运行过程安静、平稳和燃烧充分，燃料多样且来源丰富，包括天然气、氢气以及沼气等，是一种兼具环保性和多样性的热气机。燃烧室是为燃气型斯特林机提供热源的关键设备，其性能好坏直接影响了整个斯特林发动机机的各项性能指标。在燃气型斯特林发动机工作过程中，排烟热损失是各种热损失中最大的一项，处理好排烟热损失是减少斯特林发动机机热损失的关键。现有对于烟气余热的回收利用，多通过管道将余热用于其他方面，如加热水等，并不能直接用于提升燃烧室燃烧效率。部分将回收烟气余热用于空气预热的燃烧装置，如蓄热式燃烧系统，结构复杂且需要占用较大空间。板式换热器具有许多优点，包括结构紧凑，传热效果好，质量轻，耐高温高压等。以往的板式换热器在组装后多为长方体，占用空间较大；而且换热效率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提出一种将板式换热器设置在燃烧器内部的燃气型斯特林发动机燃烧器，从而减少板式换热器的占用空间并提高燃烧器的换热效率。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：

一种燃气型斯特林发动机燃烧器，包括燃烧室、旋流器、板式换热器、烟气通道和空气通道，其特征在于：所述空气通道在所述燃烧器内分为位于所述板式换热器上方的环形上空气通道和位于所述板式换热器下方的环形下空气通道，所述板式换热器形成环形并构成所述燃烧室的周向壁，所述板式换热器由多片换热板叠合形成交错间隔的烟气腔道和空气腔道，所述烟气腔道在所述板式换热器朝向所述燃烧室的内侧构成所述燃烧室排出烟气的出口通道，所述烟气腔道在所述板式换热器朝向所述燃烧室的外侧边与所述烟气通道连通；所述空气腔道在所述板式换热器的上侧边与所述上空气通道连通，所述空气腔道在所述板式换热器的下侧边与所述下空气通道连通；使用时,所述烟气腔道内的烟气沿所述燃烧室的径向由里向外流动，所述空气腔道内的空气沿所述燃烧室的轴向由下向上流动。

进一步，所述换热板相对所述燃烧室的内外两侧边形成两条第一折边，所述换热板的上下两侧形成两条第二折边；所述第一折边与第二折边在空间上分别处于彼此相互垂直的二个面内；相邻二块所述换热板彼此互为镜像的对合并形成面对面对合和背靠背的二种对合；所述面对面对合的相邻两块换热板之间形成所述空气腔道，且该两块换热板的第一折边在对合接缝处焊接；所述背靠背对合的相邻两块换热板之间形成所述烟空气腔道，且该两块换热板的第二折边在对合接缝处焊接。

进一步，所述换热板的板面上还制作有波纹状筋条，所述波纹状筋条在所述板面上呈斜向布置并把板面分隔为三个区域，上下各二个呈三角形的光板区和和中间呈平行四边形的波纹区。

进一步，所述换热板的光板区还制作了间隔排列的分别朝向所述换热板的两侧板面的凸起和凹缺。

进一步，所述换热板的板面呈弧面。

进一步，所述上空气通道的出口连通所述旋流器的进气口，所述上空气通道的入口与所述板式换热器的空气出口连通，所述下空气通道的出口与所述板式换热器的空气入口连通，所述下空气通道的进口外接空气；

本发明的有益效果是：在燃气型斯特林发动机燃烧器结构的基础上，通过在燃烧器的燃烧室形成环形的板式换热器来作为燃烧室的周向壁，以及板式换热器所具有的交错间隔的烟气腔道和空气腔道，相比现有外置的板式换热器，可以有效利用燃烧器的内部空间避免板式换热器外置占用空间的麻烦，而且提高了燃烧室排出烟气与空气进气的换热效率，进而提高燃烧效率。在占用较小空间的情况下对燃烧室排出烟气进行余热回收，并将回收的余热用以预热燃烧所需的空气，从而回收大量的烟气余热。同时使燃烧器对加热管的加热更加均匀。

附图说明

下面结合附图对本发明的燃气型斯特林发动机燃烧器作进一步说明：

图1是实施例1燃气型斯特林发动机燃烧器的主视图。

图2是截取的一段板式换热器的立面图。

图3是单片换热板的主视图。

图4是图3俯视图。

图5是三片换热板对合图的俯视图。

图6是图5中I处的局部放大图。

图7是实施例2中单片换热板的俯视图。

图8是实施例3中单片换热板的俯视图。

图9是实施例4中单片换热板的俯视图。

附图标号：燃烧器100、烟气通道1、空气通道2、上空气通道2-1、下空气通道2-2、板式换热器3、点火通道4、旋流器5、燃气通道6、加热管7、活塞腔体8、回热腔体9、燃烧室10、换热板11、波纹筋区12、平板区13、板式换热器空气入口14、板式换热器空气出口15、板式换热器烟气入口16、板式换热器烟气出口17、板式换热器空气腔道18、板式换热器烟气腔道19、换热板第一折边20、换热板第二折边21、换热板的波纹状筋条22、板式换热器内外侧边焊缝23、板式换热器上下侧边焊缝24、换热板11的凸起25、换热板11的凹缺26。

具体实施方式

实施例1

本实施例的一种燃气型斯特林发动机燃烧器100，如图1所示，该燃烧器100包括燃烧室10、旋流器5、板式换热器3、烟气通道1和空气通道2。燃烧器还包括燃气通道6、点火通道4、活塞腔体8，回热腔体9和加热管7。空气通道2在燃烧器100内分别形成位于板式换热器3上方的环形上空气通道2-1和位于板式换热器3下方的环形下空气通道2-2的两部分。

板式换热器3形成环形并构成燃烧室10的周向壁（即板式换热器3的内侧一周构成燃烧室10的内周壁，板式换热器3的外侧一周构成燃烧室10的外周壁）。点火通道4由燃烧室上方与水平面成65°斜插入燃烧室腔室10，其内部开口位于旋流器5下端。活塞腔体8与回热腔体9安装于斯特林发动机上，加热管7位于燃烧室腔室10内。活塞腔体8和回热腔体9在发动机缸体安装位置上相对相位角为90°，每对活塞腔体8和回热腔体9间有多根加热管7，组成加热曲面，对斯特林发动机内的高压气体进行加热。

如图1、2所示，上空气通道2-1的出口连通旋流器5的进气口，上空气通道2-1的入口与板式换热器3空气出口15连通，下空气通道2-2的出口与板式换热器3空气入口14连通，下空气通道2-2的进口外接空气。

如图2所示，板式换热器3由多片带有折边的换热板11叠合形成交错间隔的空气腔道18和烟气腔道19。其中，烟气腔道19在板式换热器3朝向燃烧室10的内侧构成燃烧室10排出烟气的出口通道（形成板式换热器3的烟气入口16），烟气腔道19在板式换热器3朝向燃烧室腔室10的外侧边（形成板式换热器3烟气出口17）与烟气通道1连通，最终由烟气通道1排出燃烧器100；空气腔道18在板式换热器3的上侧边（形成板式换热器3空气出口15）与上空气通道2-1连通，空气腔道18在板式换热器3的下侧边（形成板式换热器3空气入口14）与下空气通道2-2连通。

如图3、图4所示，换热板11相对燃烧室10的内外两侧形成第一折边20，换热板11的上下两侧边形成第二折边21。从图4可以看出，第一折边20与第二折边21在空间上分别处于彼此相互垂直的二个面，即俯视看第一折边20呈一条线、第二折边21呈一条边。在换热板11的板面（一侧或者两侧均可）上还制作有波纹状筋条22，波纹状筋条22在换热板11的板面上呈斜向布置并把板面分隔为三个区域，三个区域分别是位于上下的二个呈三角形的光板区和位于中间呈平行四边形的波纹区。换热板11的波纹区可以增大换热面积，同时增加换热板11的强度。

如图5所示，换热板11形成彼此互为镜像的二种，相邻互为镜像的二块换热板彼此对合形成面对面对合和背靠背对合的二种对合。

如图6所示，面对面对合的相邻二块换热板11在其相对燃烧室10的内外两侧进行焊接形成内外侧焊缝23，背靠背对合的相邻二块换热板11在其上下两侧进行焊接形成上下侧焊缝24。这样，面对面对合的相邻二块换热板11之间形成空气腔道18（俯视可见），背靠背对合的相邻二块换热板11之间形成烟气腔道19（俯视不可见，位于对合的二条折边21的下方空隙）。在换热板11波纹区，对合的相邻二块换热板11之间形成的空气腔道18和烟气腔道19均不是光滑的，而是形成波纹状的腔道，图6中空气腔道18可见实线轮廓的波纹状筋条22，图6中烟气腔道19可见虚线轮廓的波纹状筋条22。因此，可以对进入空气腔道18的空气和进入烟气腔道19的烟气均形成阻碍，即使得空气流体和烟气流体形成湍流，增加空气和烟气在各自的空气腔道18和烟气腔道19的停留时间，从而提高换热效率。

如图1所示，燃烧器100工作时，空气进入下空气通道2-2后从板式换热器3的空气腔道18向上沿燃烧室10的轴向由下向上流动，同时燃烧室10排出的烟气从板式换热器3的烟气腔道19沿燃烧室10的径向由里向外流动并进入烟气通道1，最终排出。高温烟气在板式换热器3的烟气腔道19经每片换热板11与空气腔道18内的空气进行热交换，经热交换的空气进入上空气通道2-1，再流至旋流发生器5，经旋流发生器5形成旋流，并在旋流发生器5内与从燃烧室上端燃气通道6进入的燃气混合后进入燃烧室腔室10，通过点火通道4点火燃烧，从而加热燃烧室腔室内10的加热管7来驱动斯特林发动机做功。

实施例2

本实施例的燃烧器是在实施例1基础上的改进，如图7所示，除了与实施例1系统以外所不同的是：在换热板11的光板区还制作了间隔排列的分别朝向换热板11两侧板面的凸起25和凹缺26。凸起25和凹缺26的作用与实施例1中波纹状筋条22相同，可以使得空气流体和烟气流体在各自的空气腔道18和烟气腔道19内形成湍流，增加空气和烟气的停留时间，同时增加换热板11的强度。

实施例3

本实施例的燃烧器是在实施例1基础上的改进，如图8所示，除了与实施例1系统以外所不同的是：去除了波纹状筋条22，换热板11的板面上全部是光板区。

实施例4

本实施例的燃烧器是在实施例1基础上的改进，如图9所示，除了与实施例1系统以外所不同的是：单片换热板11带有一个小弧度（弧度范围1-2度）,其板面呈弧面。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所有根据本发明的技术方案及本发明的构思加以等同替换或改变均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种燃气型斯特林发动机燃烧器，包括燃烧室、旋流器、板式换热器、烟气通道和空气通道，其特征在于：所述空气通道在所述燃烧器内分为位于所述板式换热器上方的环形上空气通道和位于所述板式换热器下方的环形下空气通道，所述板式换热器形成环形并构成所述燃烧室的周向壁，所述板式换热器由多片换热板叠合形成交错间隔的烟气腔道和空气腔道，所述烟气腔道在所述板式换热器朝向所述燃烧室的内侧构成所述燃烧室排出烟气的出口通道，所述烟气腔道在所述板式换热器朝向所述燃烧室的外侧边与所述烟气通道连通；所述空气腔道在所述板式换热器的上侧边与所述上空气通道连通，所述空气腔道在所述板式换热器的下侧边与所述下空气通道连通；使用时,所述烟气腔道内的烟气沿所述燃烧室的径向由里向外流动，所述空气腔道内的空气沿所述燃烧室的轴向由下向上流动。

2.根据权利要求1所述燃气型斯特林发动机燃烧器，其特征在于：所述换热板相对所述燃烧室的内外两侧边形成两条第一折边，所述换热板的上下两侧形成两条第二折边；所述第一折边与第二折边在空间上分别处于彼此相互垂直的二个面内；相邻二块所述换热板彼此互为镜像的对合并形成面对面对合和背靠背的二种对合；所述面对面对合的相邻两块换热板之间形成所述空气腔道，且该两块换热板的第一折边在对合接缝处焊接；所述背靠背对合的相邻两块换热板之间形成所述烟空气腔道，且该两块换热板的第二折边在对合接缝处焊接。

3.根据权利要求1或2所述燃气型斯特林发动机燃烧器，其特征在于：所述换热板的板面上还制作有波纹状筋条，所述波纹状筋条在所述板面上呈斜向布置并把板面分隔为三个区域，所述区域是位于上下的二个呈三角形的光板区和位于中间呈平行四边形的波纹区。

4.根据权利要求3所述燃气型斯特林发动机燃烧器，其特征在于：所述换热板的光板区还制作了间隔排列的分别朝向所述换热板的两侧板面的凸起和凹缺。

5.根据权利要求1或2所述燃气型斯特林发动机燃烧器，其特征在于：所述换热板的板面呈弧面。

6.根据权利要求1或2所述燃气型斯特林发动机燃烧器，其特征在于：所述上空气通道的出口连通所述旋流器的进气口，所述上空气通道的入口与所述板式换热器的空气出口连通，所述下空气通道的出口与所述板式换热器的空气入口连通，所述下空气通道的进口外接空气。