CN110608435A - 一种基于液体燃料燃烧的温差发电供暖装置 - Google Patents

一种基于液体燃料燃烧的温差发电供暖装置 Download PDF

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Abstract

一种基于液体燃料燃烧的温差发电供暖装置，包括带有烟筒的外壳，外壳内设置有燃烧室，燃烧室的内部设置有燃烧器，燃烧室的外壁上设置有温差发电模块，温差发电模块的外侧设置有翅片式散热器，温差发电模块产生的电能给自身的用电设备供电，电机两端设置有供暖风机和助燃风机，供暖风机吸入的空气与翅片式散热器换热，向室内供暖，助燃风机为燃烧器中燃料的燃烧提供充分的空气。本装置的特点是在向室内供暖的同时也为自身的用电设备提供电能；使用高温多孔介质筒提高了温差发电模块热端的集热量，降低了烟气温度，提高温差发电模块的发电效率。

Description

一种基于液体燃料燃烧的温差发电供暖装置
技术领域
本发明涉及到温差发电技术领域、供电技术领域、燃烧器技术领域，具体涉及到一种基于液体燃料燃烧的温差发电供暖装置。
背景技术
帐篷作为户外野营、地质勘探、抗震救灾、部队作战或演习时的临时居所，在比较寒冷的地区帐篷的供暖对人员生命健康以及工作设备的正常运行有着十分重要的意义。暖风机作为供暖设备具有供热空气品质好、无明火、机动性好等优点，因此对野外工作的供暖发挥着重要作用。然而现有暖风机的致命弱点是需要外接电源，供风机、燃烧器、控制器等自身用电设备使用，在电力无法达到的边远地区或者发电设备故障时暖风机将被迫停机、停止供暖，对人员生命和设备运行构成了严重的威胁；驻车加热器作为独立热源不受运行工况的影响，既可以为车内取暖，也可以为发动机进行启动预热以解决冷启动困难和低温启动排放高、磨损严重等问题，已被广泛的应用于汽车等各种运载工具。加热器工作时自身的用电设备需要外接电源，当驻车加热器工作时需要消耗汽车自身蓄电池的电量从而消耗资源；当汽车的自身蓄电池的电量消耗光时，加热器被迫停止工作，从而不能为车内供暖和发动机的启动预热。
暖风机、驻车加热器作为主要的液体燃料供暖装置，需要外接电源才能正常工作的缺点，限制了它的广泛使用。
温差发电系统是指将两种不同材质的金属导线连接在一起，组成一个闭环回路，当加热导线连接处其中一个节点时，意外发现回路中产生了电流，因此热能转换成电能。具有结构简单、无运动部件、无磨损、无噪音且可靠性高、使用寿命长、坚固耐用等特点。利用燃料燃烧供暖装置工作时燃烧释放的高温烟气通过温差发电模块产生电力供点火装置、电机、控制器等用电设备使用，可摆脱燃料燃烧供暖装置运行时对外接电源的依赖。专利201610674899.4提出了“一种热能梯级利用型的温差发电模块”在高温烟气出口设置环形带孔遮焰装置，提高了温差发电模块内壁温度，提高了发电输出功率。上述方法对温差发电模块热端的集热效率提高具有一定的帮助，但效果也不够好。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于液体燃料燃烧的温差发电供暖装置，利用燃烧释放的热量温差发电供暖风机自身用电设备使用，解决液体燃料燃烧供暖装置需要外接电源的问题；利用多孔介质具有大的空隙率、大的比表面积以及良好的导热和辐射能力，在高温烟气出口处设置值高温介质筒，通过辐射传热和对流传热实现烟气能量的高效利用，利用渐变式蜂窝散热器提高与空气的换热强度，从而增大温差发电模块两端的温差提高发电效率。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案：
一种基于液体燃料燃烧的温差发电供暖装置，包括带有烟筒的外壳，外壳一端开设有进风口，另一端开设有出风口；外壳的内部设置有燃烧室，燃烧室一端的侧壁上设置有烟气出口，烟气出口与烟筒相通，燃烧器另一端设置有助燃空气静压腔，燃烧室内设置有燃烧器，燃烧器的高温烟气出口处设置有环形的高温多孔介质筒，燃烧室的外壁上设置有温差发电模块，温差发电模块的外侧设置有若干排翅片式散热器。
本发明进一步的改进在于，燃烧器为蒸发式燃烧器；进风口处设置过滤网。
本发明进一步的改进在于，在燃烧器的高温烟气出口处设置有渐变环形的高温多孔介质筒，高温多孔介质筒内前端和后端设置的多孔介质的孔隙率不同，多孔介质的材料为耐高温的氧化铝或碳化硅。
本发明进一步的改进在于，高温多孔介质筒内前端和后端的多孔介质孔隙率比为1： 1.07～1.1，多孔介质的孔隙率为0.7～0.95，孔密度为5～20PPI。
本发明进一步的改进在于，燃烧室前端内壁表面的粗糙度与后端内壁表面的粗糙度之比为1:(2～2.2)。
本发明进一步的改进在于，燃烧室包括外壳，壳体为内部圆形、外部六边形的棱柱状，即壳体底面呈正六边形，六边形的边长为42-60mm，圆形的内径为68-98mm；燃烧器设置在壳体内。
本发明进一步的改进在于，翅片式散热器为扇形，翅片的厚度为1～2mm，材料为铜。
本发明进一步的改进在于，位于同一排相邻两个翅片式散热器之间的距离为1～3mm，位于燃烧室外壁前端翅片式散热器与位于燃烧室外壁后端的翅片式散热器之间的距离为 0.8～1.1mm。
本发明进一步的改进在于，壳体内还设置有供暖风机、电机与助燃风机，电机与供暖风机、助燃风机均相连。
本发明进一步的改进在于，供暖风机的风量为175m3/h，燃油消耗量为0.23～0.35L/h，供暖风机的风量与燃油消耗量的比例为500～750m3/L，助燃风机与供暖风机的风量比例为 1:8～10；供暖风机为轴流风机；电机外部还设置有控制器和蓄电池。
相对于现有技术，本发明具有的有益效果：该供暖装置的燃烧室的外壁上安装有若干温差发电模块，利用燃料燃烧产生的高温烟气来进行发电，为电机、油泵、点火装置等自身用电设备供电，避免了在野外工作时，电力无法达到而造成暖风机无法工作的尴尬的状况。本装置通过使用翅片式散热器，降低温差发电模块冷端的温度，同时通过高温烟气出口设置了高温多孔介质筒，实现对流传热和辐射传热，提高温差发电模块热端的温度，从而提高温差发电模块两端的温差，提高发电效率；当空气与前端翅片式散热器换热后，空气的温度升高，再与后端翅片式散热器进行换热，因此前端温差发电模块冷端的温度大于后端，为了使温差发电模块发电功率均匀，由塞贝克效应得(E＝αΔT)，使燃烧室前端内壁的温度低于后端燃烧室内壁的温度，因此使高温多孔介质筒前半部分孔隙率小于后端，燃烧室的内壁前半部分的粗糙度小于后端，从而使前端温差发电模块热端的温度小于后端，以此实现温差发电模块的均匀性。
附图说明
图1是本发明的液体燃料燃烧的温差发电供暖装置示意图。
图2是图1中沿A-A线的剖视图。
图3是图1中沿B-B线的剖视图。
附图标记说明：1、进风口；2、供暖风机；3、控制器；4、电机；5、助燃风机；6、翅片式散热器；7、温差发电模块；8、燃烧室；9、出风口；10、烟筒；11、高温多孔介质筒； 12、燃烧器；13、助燃空气静压腔；14、油泵；15、油管；16、进风管；17、外壳；18、蓄电池。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
参见图1、图2和图3，本发明包括带有烟筒10的外壳17，外壳17一端开设有进风口1，另一端开设有出风口9；外壳17的内部设置有燃烧室8，燃烧室8包括外壳，壳体为内部圆形、外部六边形的棱柱状，棱柱底面为边长为42-60mm的正六边形，圆形的内径为68-98mm，利用导热性较好的扇形铜块将圆形与棱柱相连，外壳由若干导热板组成，导热板的材质为铜或铝。
燃烧室8一端的侧壁上设置有烟气出口，烟气出口与烟筒10相通，燃烧器12另一端开设有助燃空气静压腔13，燃烧室8内设置有燃烧器12，燃烧器12的高温烟气出口设置环形的高温多孔介质筒11，燃烧室8的外壁上设置有温差发电模块7，温差发电模块7的外侧设置有若干翅片式散热器6，翅片式散热器6底部的面积大于温差发电模块7的面积，翅片式散热器6的形状为扇形，翅片的厚度为1～2mm，材料为纯铜，同一排散热器6的相邻两个翅片之间的距离为1～3mm，相邻两排散热器6之间的距离为0.5～2mm。
壳体17内还设置有供暖风机2、电机4与助燃风机5，供暖风机2与助燃风机5均与电机4相连，电机4可同时带动助燃风机5和供暖风机2，供暖风机2经进风口1吸入的空气与翅片式散热器6换热后经出风口9吹向室内；油泵14经油管15吸入的燃油在燃烧器12中蒸发后与助燃风机5经进风管16吸入到助燃空气静压腔13的空气混合，并在燃烧器12中点火燃烧，供暖风机2的风量为175m3/h，燃油消耗量为0.23～0.35L/h，供暖风机2的风量与燃油消耗量的比例为500～750m3/L，助燃风机5与供暖风机2的风量比例为1:8～10。
本发明中燃烧器12为蒸发式燃烧器；供暖风机2采用的是轴流风机，进风口1处设置过滤网。
所述的电机4外部还设置有控制器3和蓄电池18。
控制系统3与电机4(电机4带动供暖风机与助燃风机)、蓄电池18相连。其中，控制系统为现有的控制系统，由控制盒、室内温控器、过热保护传感器、送风温度传感器组成。
本发明中，在燃烧器12的高温烟气出口处设置有环形的高温多孔介质筒11，且高温多孔介质筒11内前端和后端设置的多孔介质的孔隙率不同，多孔介质的材料为耐高温的氧化铝或碳化硅，高温多孔介质筒内前端和后端的多孔介质孔隙率比为1：1.07～1.1，多孔介质的孔隙率为0.7～0.95，孔密度为5～20PPI。
通过高温多孔介质筒11对燃烧室8内壁的辐射传热和对流传热，能够大幅度提高燃烧室 8内壁的温度，为了使温差发电模块7因热量多大而失效，温差发电模块7为PbTe型或PbSnTe 型半导体材料制作。
温差发电模块7产生的电能给油泵14、电机4、控制器3等自身的用电设备供电。
为了增加燃烧室8内壁的对辐射能的吸收强度，增加燃烧室8内壁表面的粗糙度，提高对辐射能的吸收面积；同时为了使燃烧室8外壁前后端的温差发电模块7发电功率相同，燃烧室8前端内壁表面的粗糙度与后端内壁表面的粗糙度之比为1:(2～2.2)。
本发明中通过使用翅片式散热器6，降低温差发电模块冷端的温度，同时通过高温烟气出口设置了高温多孔介质筒11，实现对流传热和辐射传热，提高温差发电模块热端的温度，从而提高温差发电模块7两端的温差，提高发电效率；当空气与前端的翅片式散热器6换热后，空气的温度升高，再与后端的翅片式散热器6进行换热，因此前端温差发电模块冷端的温度大于后端，为了使温差发电模块7发电功率均匀，燃烧室8内壁总的热流量为对流传热的热流量和辐射传热的热流量之和，使高温多孔介质筒11前半部分孔隙率小于后端，从而使前端温差发电模块热端的温度小于后端，以此实现温差发电模块的均匀性。

Claims (10)

1.一种基于液体燃料燃烧的温差发电供暖装置，其特征在于，包括带有烟筒(10)的外壳(17)，外壳(17)一端开设有进风口(1)，另一端开设有出风口(9)；外壳(17)的内部设置有燃烧室(8)，燃烧室(8)一端的侧壁上设置有烟气出口，烟气出口与烟筒(10)相通，燃烧室(8)另一端设置有助燃空气静压腔(13)，燃烧室(8)内设置有燃烧器(12)，燃烧器(12)的高温烟气出口处设置有环形的高温多孔介质筒(11)，燃烧室(8)的外壁上设置有温差发电模块(7)，温差发电模块(7)的外侧设置有翅片式散热器(6)。
2.根据权利要求1所述的一种基于液体燃料燃烧的温差发电供暖装置，其特征在于，燃烧器(12)为蒸发式燃烧器；进风口(1)处设置过滤网。
3.根据权利要求1所述的一种基于液体燃料燃烧的温差发电供暖装置，其特征在于，在燃烧器(12)的高温烟气出口处设置有渐变环形高温多孔介质筒(11)，高温多孔介质筒(11)内前端和后端设置的多孔介质的孔隙率不同，多孔介质的材料为耐高温的氧化铝或碳化硅。
4.根据权利要求3所述的一种基于液体燃料燃烧的温差发电供暖装置，其特征在于，高温多孔介质筒内前端和后端的多孔介质孔隙率比为1：1.07～1.1，多孔介质的孔隙率为0.7～0.95，孔密度为5～20PPI。
5.根据权利要求1所述的一种基于液体燃料燃烧的温差发电供暖装置，其特征在于，燃烧室(8)前端内壁表面的粗糙度与后端内壁表面的粗糙度之比为1:(2～2.2)。
6.根据权利要求1所述的一种基于液体燃料燃烧的温差发电供暖装置，其特征在于，燃烧室(8)包括外壳，壳体为内部圆形、外部六边形的棱柱状，棱柱底面为边长为42-60mm的正六边形，圆形的内径为68-98mm；燃烧器(12)设置在壳体内。
7.根据权利要求1所述的一种基于液体燃料燃烧的温差发电供暖装置，其特征在于，翅片式散热器(6)为扇形，翅片的厚度为1～2mm，材料为铜。
8.根据权利要求1或7所述的一种基于液体燃料燃烧的温差发电供暖装置，其特征在于，同一排散热器(6)的相邻两个翅片之间的距离为1～3mm，相邻两排散热器(6)之间的距离为0.5～2mm。
9.根据权利要求1所述的一种基于液体燃料燃烧的温差发电供暖装置，其特征在于，壳体(17)内还设置有供暖风机(2)、电机(4)与助燃风机(5)，供暖风机(2)和助燃风机(5)均与电机(4)相连。
10.根据权利要求9所述的一种基于液体燃料燃烧的温差发电供暖装置，其特征在于，供暖风机(2)的风量与燃油消耗量的比例为500～750m3/L，助燃风机(5)与供暖风机(2)的风量比例为1:8～10；供暖风机(2)为轴流风机；电机(4)外部还设置有控制器(3)和蓄电池(18)。
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