CN109458268B - 一种基于斯特林热机吸热器的燃气加热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及斯特林热机技术领域，公开了一种基于斯特林热机吸热器的燃气加热系统，包括环形管道，环形管道内设有环形导热板，吸热器壳体的外侧设有进气管，进气管的内端与环形内通道连通，吸热器壳体的内侧设有导流管，导流管的一端与环形内通道连通，导流管的另一端连接有环形布气管，环形布气管的上侧均布有若干燃气喷嘴，每个燃气喷嘴一侧均设有点火器；吸热器壳体的内侧设有尾气管，尾气管的一端与吸热器壳体内的空间连通，尾气管的另一端与环形外通道连通，吸热器壳体的外侧设有排气管，排气管的内端与环形外通道连通，环形外通道内位于尾气管与排气管之间的部位设有外隔板。本发明能对尾气中的热量回收利用，提高热利用率，节约能源。
Description
技术领域
本发明涉及斯特林热机技术领域，尤其涉及一种基于斯特林热机吸热器的燃气加热系统。
背景技术
斯特林发动机是通过气缸内工作介质(氢气、氮气或惰性气体)经过冷却、压缩、吸热、膨胀为一个周期的循环来输出动力，因此又被称为也叫斯特林热机。斯特林发动机是一种外燃发动机，其有效效率一般介于汽油机与柴油机之间。斯特林热机的缸体热端需要从外部进行加热，使得气缸内的介质吸热、膨胀、冷却、压缩循环，将热能转化为机械能，因此斯特林发动机在新能源发电以及军工方面具有广泛的应用。斯特林热机上需要设置一个吸热器，吸热器内设有换热器，通过对换热器进行加热，管路中的工作介质通过换热器与热源进行热交换，进而将热量转移到缸体的热端：例如通过燃气对吸热器内的换热器进行加热，燃气燃烧后尾气直接排放掉，导致尾气中的热量白白浪费掉，热利用率低。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的斯特林热机上的燃气加热系统燃烧的尾气热能浪费的问题，提供了一种基于斯特林热机吸热器的燃气加热系统，该加热系统能对燃烧后的尾气热能回收，并用于可燃性混合气体预热，提高热利用率，减少热能损失。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于斯特林热机吸热器的燃气加热系统，包括设置在吸热器壳体的下端内部的环形管道，环形管道内设有环形导热板，所述环形导热板将环形管道内的空间分隔成环形内通道、环形外通道，所述吸热器壳体的外侧设有进气管，所述进气管的内端与环形内通道连通，吸热器壳体的内侧设有导流管，所述导流管的一端与环形内通道连通，导流管的另一端连接有环形布气管，环形内通道内位于位于总进气管与导流管之间的部位设有内隔板，所述环形布气管的上侧均布有若干燃气喷嘴，每个燃气喷嘴一侧均设有点火器；所述吸热器壳体的内侧设有尾气管，所述尾气管的一端与吸热器壳体内的空间连通，尾气管的另一端与环形外通道连通，所述吸热器壳体的外侧设有排气管，所述排气管的内端与环形外通道连通，环形外通道内位于尾气管与排气管之间的部位设有外隔板。
呈锅状的换热器设置在燃气喷嘴的上方，可燃性混合气体从进气管处进入到环形内通道中，可燃性混合气体沿着环形内通道流动至导流管处，然后通过导流管进入环形布气管内，最后从每个燃气喷嘴处喷出，点火器将燃气点燃，从而对换热器进行加热，燃烧后的高温尾气通过尾气管进入环形外通道中，最后从排气管处排出外界；环形外通道内的高温尾气通过环形导热板与环形内通道中的可燃性混合气体进行热交换，从而将可燃性混合气体预热，尾气中的热能很大一部分被回收利用，从而提高了热利用率，减少热能浪费。
作为优选，所述环形管道的横截面呈矩形结构，环形导热板的横截面沿环形管道的横截面的对角分布；所述环形导热板的内侧面、外侧面上均设有导热翅片。导热翅片能增强环形内通道、环形外通道之间的热交换效率。
作为优选，所述进气管的外端设有混气罐，混气罐上连接有第一进气支管、第二进气支管，第一进气支管、第二进气支管上均设有电控阀。燃气从第一进气支管进入混气罐内，助燃性气体(氧气或空气)从第二进气支管进入混气罐内，在混气罐内混合后进入进气管。
作为优选，所述的燃气喷嘴包括喷嘴管、基座、导流罩，所述喷嘴管的下端与布气管连接，所述基座的中心设有连接通孔，基座的下端设有连接套，所述喷嘴管的上端伸入连接通孔内与连接套之间螺纹连接，所述基座的上端设有导流叶轮，所述导流叶轮包括下连接片、上连接片、若干叶片，相邻叶片之间形成导流通道，下连接片与喷嘴管的上端转动连接，所述导流罩上均匀分布有若干导流孔。可燃性混合气体从喷嘴管上端排出后经过每个导流通道，带动导流叶轮转动，可以通过改变混合燃气的流速来改变导流叶轮的转速，导流叶轮转动，一方面使得可燃性混合气体中的燃气与助燃性气体进一步混合均匀，使得燃烧更加充分，另一方面能提高燃气喷嘴对换热器底部加热均匀性、增大加热面积。
作为优选，所述的进气管上设有流量调节阀。可以根据需要调节进气管的进气流量，可以通过进气管的进气流量改变导流叶轮的旋转速度。
因此，本发明具有如下有益效果：(1)利用尾气中的热能对可燃性混合气体进行预热，对尾气中的热能回收利用，提高热利用率高，减小尾气中的热能损失小；(2)可燃性混合气体经过燃气喷嘴时能带动导流叶轮转动，使得燃气与助燃气体混合更加均匀，燃烧更加充分。
附图说明
图1为本发明的一种结构示意图。
图2为布气管与环形通道的连接示意图。
图3为图2中A处局部放大示意图。
图4为燃气喷嘴的结构示意图。
图5为导流叶轮的横截面示意图。
图6为斯特林热机吸热器的整体结构示意图。
图中：吸热器壳体1、环形管道2、环形导热板3、环形内通道30、环形外通道31、导热翅片32、进气管4、导流管5、环形布气管6、内隔板7、燃气喷嘴8、喷嘴管80、基座81、导流罩82、连接套83、导流叶轮84、下连接片840、上连接片841、叶片842、导流通道85、导流孔86、点火器9、尾气管10、排气管11、外隔板12、混气罐13、第一进气支管14、第二进气支管15、电控阀16、流量调节阀17、换热器18、斯特林热机19。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
如图1、图2和图3所示的一种基于斯特林热机吸热器的燃气加热系统，包括设置在吸热器壳体1的下端内部的环形管道2，环形管道内设有环形导热板3，环形导热板将环形管道内的空间分隔成环形内通道30、环形外通道31，环形管道2的横截面呈矩形结构，环形导热板的横截面沿环形管道的横截面的对角分布，环形导热板3的内侧面、外侧面上均设有导热翅片32；吸热器壳体的外侧设有进气管4，进气管的内端与环形内通道连通，吸热器壳体的内侧设有导流管5，导流管的一端与环形内通道连通，导流管的另一端连接有环形布气管6，环形内通道内位于位于总进气管与导流管之间的部位设有内隔板7，环形布气管的上侧均布有若干燃气喷嘴8，每个燃气喷嘴一侧均设有点火器9；吸热器壳体的内侧设有尾气管10，尾气管的一端与吸热器壳体内的空间连通，尾气管的另一端与环形外通道连通，吸热器壳体1的外侧设有排气管11，排气管的内端与环形外通道连通，环形外通道内位于尾气管与排气管之间的部位设有外隔板12；进气管的外端设有混气罐13，混气罐上连接有第一进气支管14、第二进气支管15，第一进气支管、第二进气支管上均设有电控阀16，进气管上设有流量调节阀17。
如图4和图5所示，燃气喷嘴8包括喷嘴管80、基座81、导流罩82，喷嘴管的下端与布气管连接，基座的中心设有连接通孔，基座的下端设有连接套83，喷嘴管的上端伸入连接通孔内与连接套之间螺纹连接，基座的上端设有导流叶轮84，导流叶轮包括下连接片840、上连接片841、若干叶片842，相邻叶片之间形成导流通道85，下连接片与喷嘴管的上端转动连接，导流罩82上均匀分布有若干导流孔86。
结合附图，本发明的原理及使用方法如下：如图6所示，换热器18安装在环形布气管的正上方，换热器呈锅状，换热器通过管路与斯特林热机19内的缸体的热端、冷端连接；燃气(氢气、天然气、沼气中的一种)从第一进气支管进入混气罐内，助燃性气体(氧气或空气)从第二进气支管进入混气罐内，在混气罐内混合形成可燃性混合气体，可燃性混合气体通过进气管进入到环形内通道中，可燃性混合气体沿着环形内通道流动至导流管处，然后通过导流管进入环形布气管内，最后从每个燃气喷嘴处喷出，从燃气喷嘴处喷出可燃性混合气体能带动导流叶轮84转动，从而使得可燃性混合气体中的燃气、助燃气体二次混合，混合的更加充分，燃烧也更加充分，燃气利用率高；点火器将燃气点燃，从而对换热器进行加热，燃烧后的高温尾气通过尾气管进入环形外通道中，最后从排气管处排出外界；环形外通道内的高温尾气通过环形导热板与环形内通道中的可燃性混合气体进行热交换，从而将可燃性混合气体预热，尾气中的热能很大一部分被回收利用，从而提高了热利用率，减少热能浪费。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。
Claims (3)
1.一种基于斯特林热机吸热器的燃气加热系统，其特征是，包括设置在吸热器壳体的下端内部的环形管道，环形管道内设有环形导热板，所述环形导热板将环形管道内的空间分隔成环形内通道、环形外通道，所述吸热器壳体的外侧设有进气管，所述进气管的内端与环形内通道连通，吸热器壳体的内侧设有导流管，所述导流管的一端与环形内通道连通，导流管的另一端连接有环形布气管，环形内通道内位于位于总进气管与导流管之间的部位设有内隔板，所述环形布气管的上侧均布有若干燃气喷嘴，每个燃气喷嘴一侧均设有点火器；所述吸热器壳体的内侧设有尾气管，所述尾气管的一端与吸热器壳体内的空间连通，尾气管的另一端与环形外通道连通，所述吸热器壳体的外侧设有排气管，所述排气管的内端与环形外通道连通，环形外通道内位于尾气管与排气管之间的部位设有外隔板；
所述环形管道的横截面呈矩形结构，环形导热板的横截面沿环形管道的横截面的对角分布；所述环形导热板的内侧面、外侧面上均设有导热翅片；
所述的燃气喷嘴包括喷嘴管、基座、导流罩，所述喷嘴管的下端与布气管连接，所述基座的中心设有连接通孔，基座的下端设有连接套，所述喷嘴管的上端伸入连接通孔内与连接套之间螺纹连接，所述基座的上端设有导流叶轮，所述导流叶轮包括下连接片、上连接片、若干叶片，相邻叶片之间形成导流通道，下连接片与喷嘴管的上端转动连接，所述导流罩上均匀分布有若干导流孔。
2.根据权利要求1所述的一种基于斯特林热机吸热器的燃气加热系统，其特征是，所述进气管的外端设有混气罐，混气罐上连接有第一进气支管、第二进气支管，第一进气支管、第二进气支管上均设有电控阀。
3.根据权利要求1所述的一种基于斯特林热机吸热器的燃气加热系统，其特征是，所述的进气管上设有流量调节阀。
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