CN110588289A - 一种半导体温差发电驻车加热器 - Google Patents

一种半导体温差发电驻车加热器 Download PDF

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Abstract

一种半导体温差发电驻车加热器，包括带有烟筒的外壳，外壳内设置带有烟气出口的燃烧室，燃烧室的内部设置燃烧器，燃烧器前端外部设置有助燃空气静压腔，后端开设有出气孔，出气孔经陶瓷泡沫与燃烧室内部相连通；燃烧室靠近燃烧器一端的侧壁上开设烟气出口，烟气出口与烟筒连接，燃烧室内壁与燃烧器之间形成烟气通道，烟气通过燃烧室内壁与燃烧器之间的烟气通道，经烟气出口后由烟筒排出。本装置既提供了热能又提供了电能，实现了对燃料的充分利用，提到了利用效率，广泛用于长途货车、客车等车辆的取暖。

Description

一种半导体温差发电驻车加热器
技术领域
本发明采用温差发电技术领域、供电技术领域、燃烧供暖技术领域，具体涉及一种半导体温差发电驻车加热器。
背景技术
在我国大部分地区冬季需要采暖设备，而目前普遍使用的采暖设备主要是以热水或蒸汽为热媒的采暖系统，如锅炉、散热器和暖风机；以电为热源的采暖设备，如电暖器。但是以上两种采暖设备存在着许多不足：如以热水或蒸汽为热媒的采暖系统存在初投资过大、占地面积大、施工期长、运行及维护繁琐和污染环境的缺陷，如以电为热源的采暖设备虽然使用方便，但效率低，成本过高。暖风机供热空气品质好、无明火、机动性好，战时适合于部队指挥机关、野战医院、机要通讯及野战修理等部门野营条件下取暖使用，平时适合于石油、天然气、铁路、通讯等部门寒冷季节野外作业取暖使用。但是现有暖风机存在以下缺点：一是经风叶吸入的冷风风速较快，易导致在燃烧筒内燃烧的火焰不稳定；二是采用齿轮泵输送燃油，燃油的雾化颗粒大，燃烧不充分，且无法对燃油的喷出量进行调节。
为了克服燃烧不充分的缺陷，通常通过改进的助燃空气送风方式或者燃油雾化方式来提高燃烧效果。申请号为201120209070.X的专利提出了“一种新型燃油暖风机”，在风叶与燃烧筒之间设有稳焰风扇盘，吸入冷风时经过稳焰风扇盘再进入燃烧筒内，风速及风向稳定，燃烧筒内的火焰稳定。专利201120209823.7提出了“燃油暖风机”，采用气泵输送燃油，燃油雾化颗粒更小，燃烧更充分；可通过气调节阀调节气泵的出气量，进而调节燃油的吸入量，从而达到调节喷油量的目的。上述方法对暖风机燃烧效率的提高具有一定的帮助，效果不够理想。此外，野营用燃油暖风机的最大缺点是运行时需要外接电源，野外使用时需要配备一定功率的发电机，而发电机工作噪声较大，影响野外工作人员夜间休息。同时，当发电机维护保养或者发生故障时，暖风机也被迫停机、停止供暖。
发明内容
本发明的目的是提供一种半导体温差发电驻车加热器，采用蒸发式高效燃烧解决驻车加热器燃烧不充分的缺陷，利用燃烧释放的热量温差发电供驻车加热器自身用电设备使用解决驻车加热器需要外接电源的问题。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案：
一种半导体温差发电驻车加热器，包括带有烟筒的外壳，外壳内设置带有烟气出口的燃烧室，燃烧室的内部设置燃烧器，燃烧器前端外部设置有助燃空气静压腔，后端开设有出气孔，出气孔经陶瓷泡沫与燃烧室内部相连通；燃烧室的侧壁上开设烟气出口，烟气出口与烟筒连接，燃烧室内壁与燃烧器之间形成烟气通道，烟气通过燃烧室内壁与燃烧器之间的烟气通道，经烟气出口后由烟筒排出；燃烧室外侧套设有第一排温差发电模块和第二排温差发电模块，第一排温差发电模块上设置有第一排扇形散热器，第二排温差发电模块(10)上设置有第二排扇形散热器。
本发明进一步的改进在于，燃烧器端部设置有吸油毡，燃烧器连接有油泵、助燃风机和电机；燃油由油泵经进油管吸入至燃烧器端部的吸油毡中，然后与由助燃风机、助燃空气进风管吸入至燃烧器的空气进行混合，然后进入燃烧器中，并在燃烧器中燃烧。
本发明进一步的改进在于，第一排温差发电模块与第二排温差发电模块与电给燃烧器、电机以及油泵相连。
本发明进一步的改进在于，电机的外部设置有控制器和蓄电池，并且控制器和蓄电池均与电机相连。
本发明进一步的改进在于，由送风机经进风口吸入的空气与第一排扇形散热器、第二排扇形散热器以及辅助散热器换热后通过送风口供给用户。
本发明进一步的改进在于，第一排扇形散热器与第二排扇形散热器之间的距离为0.8～1mm，第一排扇形散热器与第二排扇形散热器的高度均为100～120mm。
本发明进一步的改进在于，每排相邻两个散热器之间的距离均为1～3mm；第一排扇形散热器与第二排扇形散热器均采用孔隙率为0.4～0.6的渐变式蜂窝散热器，渐变式蜂窝散热器的孔的直径从底部到顶部逐渐增大且相邻两行孔的比例为1:1.1～1.3，底部第一行孔的直径为1.5～2mm，顶部最后一行的孔的直径为5～6mm。
本发明进一步的改进在于，送风机为轴流风机，进风口处设有过滤网；导风圈上设置有导风栅；燃烧器为蒸发式燃烧器；散热器为渐变蜂窝式散热器。
本发明进一步的改进在于，送风机的风量与燃烧室燃油消耗量的比例为375m3/L；助燃风机与送风机的风量比例为1:8～10。
本发明进一步的改进在于，陶瓷泡沫的孔隙率为0.80～0.95，孔密度为5～20PPI；燃烧室内前端和后端均设置有翅片，燃烧室中的前端翅片的数量要多于后端翅片的数量，前端翅片与后端翅片的数量比为(1.3-1.5):1，前端翅片的高度高于后端翅片的高度，前端翅片与后端翅片的高度比(0.6-0.8):1。
相对于现有技术，本发明具有的有益效果：本发明的驻车加热器安装有许多温差发电模块，可以利用燃料燃烧产生的热量发电，为风机、油泵、控制系统、点火系统等装置供电，摆脱传统驻车加热器在工作时外接电源的现状，从而也提高了能源的利用效率；本发明设置了散热器，一方面可以实现使该装置的散热能力增强，另一方面当送风机送出的暖风比较快，达不到人们所需要的温度，可以利用散热器进行换热提高暖风的温度；本装置既提供了热能又提供了电能，实现了对燃料的充分利用，提到了利用效率，广泛用于长途货车、客车等车辆的取暖。
进一步的，本发明使用的散热器是渐变蜂窝式扇形散热器，是由于散热器与温差发电模块接触的一端温度最高，扇形散热器的温度分布是从底部到顶部逐渐降低。当空气被送风机吹入散热器时，由于进入散热器的空气量一定，但是扇形散热器的温度分布是从底部到顶部逐渐降低，所以使用渐变蜂窝式扇形散热器，使孔的直径从底部到顶部逐渐增大，使空气从底部通过时，增大空气与渐变式蜂窝散热器的接触面积；孔的直径采用从底部到顶部逐渐增大的方式，由于底部散热器的骨架大，增大了热量的传递，使更多的热量传递到上半部分，同时空气主要从上半部分通过，从而能够带走多的热量。这样设计总体上能够多得带走热量，能够更好的与空气换热，实现高效的散热。
进一步的，既要实现发电功率最大化又要保证温差发电模块工作在其有效范围之内。耗油量、助燃空气、散热空气三者之间的比例，助燃空气与耗油量的比例可以保证充分燃烧的同时提供一定的燃烧温度，只有在规定的散热空气流量条件下才会实现发电功率的最大化，如果散热空气过量则阻力过大，由于阻力的增加导致耗电功率迅速增加，如果散热空气过小则散热不足，发电量不足以维持其耗电量。只有在上述三者在规定的比例条件下才会实现发电功率最大化的同时不损坏温差发电模块。
进一步的，本发明还使用了耐高温的陶瓷泡沫材料，由于陶瓷泡沫具有大的比表面积、高孔隙率以及良好的导热和辐射能力，液体燃料蒸发汽化效果好、燃料/空气混合充分、燃烧效率高，所以燃烧室内部以及燃烧室壁面温度分布相对均匀，无自由火焰的局部燃烧高温区和贴壁燃烧现象，可实现燃烧室壁面的高热流密度和高温热电模块热端温度的最大化，同时燃烧室壁面和热电模块热端的温度更为均匀。
进一步的，本发明通过改变前后端的数量以及翅片的高度，使前端的翅片数量比后边翅片多以及前端翅片的高度比后端翅片高，使得在前后两端热量不相同的情况下，以改变与气体的接触面积，达到前后两端相同的发电量。
附图说明
图1是整个半导体驻车加热器的全视图。
图2为图1中沿A-A线的剖视图。
图3为图1中沿B-B线的剖视图。
图4为图2中圆圈处压紧装置的局部放大图。
附图标记说明：1、进风口；2、送风机；3、控制器；4、电机；5、助燃风机；6、燃烧器；7、第一排扇形散热器；8、第一排温差发电模块；9、第二排扇形散热器；10、第二排温差发电模块；11、辅助散热器；12、陶瓷泡沫；13、送风口；14、燃烧室；15、外壳；16、烟筒；17、吸油毡；18、油泵；19、油管；20、助燃空气进风管；21、蓄电池；22、前端翅片；23、后端翅片；24、压紧装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的说明。
参见图1-图4，本发明包括带有烟筒16的外壳15，外壳15外部安装有整个装置的控制系统，外壳15内设置带有烟气出口的燃烧室14，燃烧室14的内部设置燃烧器6，燃烧器6前端设置有吸油毡17，后端设置有陶瓷泡沫12，陶瓷泡沫的孔隙率为0.80～0.95，孔密度为5～20PPI。燃烧器6前端内部安装有带有导风栅的导风圈，后端开设有出气孔，出气孔经陶瓷泡沫与燃烧室14内部相连通。燃烧室14内前端和后端均设置有翅片，燃烧室中的前端翅片的数量要多于后端翅片的数量，前端翅片与后端翅片的数量比为(1.3-1.5):1，前端翅片的高度也要高于后端翅片的高度，前端翅片与后端翅片的高度比(0.6-0.8):1。
燃烧室14靠近燃烧器6入口端的侧壁上开设烟气出口，烟气出口与烟筒16连接，燃烧室14内壁与燃烧器6之间形成烟气通道，烟气通过燃烧室14内壁与燃烧器6之间的烟气通道，再到烟气出口，最后通过烟筒16排出。
燃烧器6连接有油泵18、助燃风机5和电机4。
燃油由油泵18经进油管19吸入至吸油毡17中，然后与由助燃风机5、助燃空气进风管20吸入至吸油毡17的空气进行混合，然后进入燃烧器6中，并在燃烧器6中燃烧。
燃烧器6上安装有点火器、检火棒、温度传感器、自助燃风机以及自控系统。
燃烧室14包括壳体，壳体由若干导热板组成，壳体为正六棱柱状，壳体内设置有圆筒，圆筒与壳体的内壁间隔设置，利用导热性较好的扇形铜块将壳体与圆筒相连，燃烧室14外侧套设有第一排温差发电模块8和第二排温差发电模块10，第一排温差发电模块8上设置有第一排扇形散热器7，第二排温差发电模块10上设置有第二排扇形散热器9，第一排温差发电模块8与第二排温差发电模块10产生的电给燃烧器6、电机4以及油泵18供电。由送风机2经进风口1吸入的空气与第一排扇形散热器7、第二排扇形散热器9以及辅助散热器11换热，换热后通过送风口13供给用户，每排相邻两个换热器之间的距离为1～3mm，第一排扇形散热器7与第二排扇形散热器9均采用孔隙率为0.4～0.6的渐变式蜂窝散热器，渐变式蜂窝散热器的孔的直径从底部到顶部逐渐增大且相邻两行孔的比例为1:1.1～1.3，底部第一行孔的直径为1.5～2mm，顶部最后一行的孔的直径为5～6mm
第一排扇形散热器7与第二排扇形散热器9之间的距离为0.8～1mm，第一排扇形散热器7与第二排扇形散热器9的高度均为100～120mm，第一排扇形散热器7上的孔的直径为2～5mm，第二排扇形散热器9的孔的数量是第一排扇形散热器7的孔的数量的0.8倍，第二排扇形散热器9的孔的直径是第一排扇形散热器7孔直径的1.2倍，孔隙率为0.4～0.6，送风机2为轴流风机，进风口1处设有过滤网。电机4的两端分别设置送风机2和助燃风机5，电机4的外部分别设置控制器3和蓄电池21，并且控制器3和蓄电池21均与电机4相连。所述的送风机2的风量与燃烧室14燃油消耗量的比例为37m3/kg，助燃风机5与送风机2的风量比例为1:8～10。
本发明中燃烧器6为蒸发式燃烧器。第一排扇形散热器7与第二排扇形散热器9的材质为铝。
本发明在加热器内也设置有温度感应器，当环境温度低时，温度感应器产生电信号传到控制系统中，控制系统使驻车加热器工作，当车内温度高时，温度感应器产生电信号传到控制系统中，控制系统使驻车加热器停止工作。
本发明中设置在外壳15上的控制系统由控制盒、车内温控器、过热保护传感器、送风温度传感器等组成，过热保护传感器是为了防止温差发电模块的温度过高，使其失去作用，同时送风温度传感器、控制系统、温度感应器共同作用，控制通过散热器的风量，达到好的发电效果，以及供应适宜的暖风，车内温控器控制车内的温度。
本发明中使用的第一扇形散热器和第二扇形散热器是渐变蜂窝式扇形散热器，该蜂窝式散热器与温差发电模块接触的一端为底部，与环箍接触的一端为顶部，渐变蜂窝式扇形散热器的特点是孔的直径从底部到顶部逐渐减小，孔的直径小，空气流量小，带走的热量少；孔的直径大，摩擦阻碍就小，空气流量大，带走的热量多。
参见图4，本发明中通过压紧装置24将第一排扇形散热器7、第一排温差发电模块8依次紧贴在燃烧室14的外壁上，同样的，通过压紧装置24将第二排扇形散热器9、第二排温差发电模块依次紧贴在燃烧室14的外壁上。
压紧装置包括环箍、环箍紧固螺栓、调节螺栓、压紧板以及碟簧，各部件共同将相应的扇形散热器和温差发电模块依次紧贴在燃烧室14的外壁上。传统压紧装置在温差发电模块工作时受热膨胀，对环箍有向外的力，将环箍的直径撑大，时间久了，使环箍对散热器、温差发电模块的锁紧力降低，不利于温差发电模块的工作；而是用带有调节螺栓、压紧板、碟簧的压紧装置能够解决环箍直径被撑大的问题，从而起到很好的压紧作用。
本发明的工作过程是：当驻车加热器开始工作时，燃油经油泵压力雾化喷入燃烧器，与助燃风机吹进的空气混合、燃烧，产生高温烟气，燃烧室外壁将热量经过传给热电模块，热电模块的冷端和通过扇形换热器进行冷却，送风机吸入外面的空气与扇形换热器换热后，变为清洁高温热空气通过送风口送入车内取暖。在这个工作过程中，燃烧器、电机、油泵、整个控制系统所需要的电量通过驻车加热器中的温差发电装置来供电。可以实现在取暖的同时，也可以进行发电，避免了对外接电源的依赖，也提高了能源的利用率。
本发明中第一排温差发电模块8、第二排温差发电模块10产生的电量给电机、油泵、点火装置等供电，助燃风机和送风机由电机带动，送风机送入的空气与散热器换热，供用户供暖，助燃风机给燃烧室内燃料烧提供空气。该装置能够为用户提供热量的同时也能产生电量用于自身的用电装置，能都达到对能源的充分利用，广泛用于长途货车、客车等车辆的取暖。

Claims (9)

1.一种半导体温差发电驻车加热器，其特征在于，包括带有烟筒(16)的外壳(15)，外壳(15)内设置带有烟气出口的燃烧室(14)，燃烧室(14)的内部设置燃烧器(6)，燃烧器(6)前端外部设置有助燃空气静压腔(17)，后端开设有出气孔，出气孔经陶瓷泡沫(12)与燃烧室(14)内部相连通；燃烧室(14)的侧壁上开设烟气出口，烟气出口与烟筒(16)连接，燃烧室(14)内壁与燃烧器(6)之间形成烟气通道，烟气通过燃烧室(14)内壁与燃烧器(6)之间的烟气通道，经烟气出口后由烟筒(16)排出；燃烧室(14)外侧套设有第一排温差发电模块(8)和第二排温差发电模块(10)，第一排温差发电模块(8)上设置有第一排扇形散热器(7)，第二排温差发电模块(10)上设置有第二排扇形散热器(9)。
2.根据权利要求1所述的一种半导体温差发电驻车加热器，其特征在于，燃烧器(6)端部设置有吸油毡，燃烧器(6)连接有油泵(18)、助燃风机(5)和电机(4)；燃油由油泵(18)经进油管(19)吸入至燃烧器(6)端部的吸油毡中，然后与由助燃空气进风管(20)吸入至燃烧器(6)的空气进行混合，并在燃烧器(6)中燃烧。
3.根据权利要求2所述的一种半导体温差发电驻车加热器，其特征在于，电机(4)的外部设置有控制器(3)和蓄电池(21)，并且控制器(3)和蓄电池(21)均与电机(4)相连。
4.根据权利要求2所述的一种半导体温差发电驻车加热器，其特征在于，由进风口(1)吸入的空气与第一排扇形散热器(7)、第二排扇形散热器(9)以及辅助散热器(11)换热后通过送风口(13)供给用户。
5.根据权利要求2所述的一种半导体温差发电驻车加热器，其特征在于，第一排扇形散热器(7)与第二排扇形散热器(9)之间的距离为0.8～1mm，第一排扇形散热器(7)与第二排扇形散热器(9)的高度均为100～120mm。
6.根据权利要求2所述的一种半导体温差发电驻车加热器，其特征在于，第一排扇形散热器(7)与第二排扇形散热器(9)均采用孔隙率为0.4～0.6的渐变式蜂窝散热器，渐变式蜂窝散热器的孔的直径从底部到顶部逐渐增大且相邻两行孔的比例为1:1.1～1.3，底部第一行孔的直径为1.5～2mm，顶部最后一行的孔的直径为5～6mm。
7.根据权利要求1所述的一种半导体温差发电驻车加热器，其特征在于，进风口(1)处设有过滤网；导风圈上设置有导风栅；燃烧器(6)为蒸发式燃烧器；散热器(9)为渐变蜂窝式散热器。
8.根据权利要求1所述的一种半导体温差发电驻车加热器，其特征在于，送风机(2)的风量与燃烧室(14)燃油消耗量的比例为375m3/L；助燃风机(5)与送风机(2)的风量比例为1:8～10。
9.根据权利要求1所述的一种半导体温差发电驻车加热器，其特征在于，陶瓷泡沫的孔隙率为0.80～0.95，孔密度为5～20PPI；燃烧室(14)内前端和后端均设置有翅片，燃烧室中的前端翅片的数量要多于后端翅片的数量，前端翅片与后端翅片的数量比为(1.3-1.5):1，前端翅片的高度高于后端翅片的高度，前端翅片与后端翅片的高度比(0.6-0.8):1。
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