CN110700961B - 一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力工艺及系统 - Google Patents

一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力工艺及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110700961B
CN110700961B CN201910964623.3A CN201910964623A CN110700961B CN 110700961 B CN110700961 B CN 110700961B CN 201910964623 A CN201910964623 A CN 201910964623A CN 110700961 B CN110700961 B CN 110700961B
Authority
CN
China
Prior art keywords
combustion chamber
water
stirling engine
combustion
flue gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910964623.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110700961A (zh
Inventor
金旭东
吕田
兰健
黄晓宇
王圳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai MicroPowers Co Ltd
Original Assignee
Shanghai MicroPowers Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai MicroPowers Co Ltd filed Critical Shanghai MicroPowers Co Ltd
Priority to CN201910964623.3A priority Critical patent/CN110700961B/zh
Publication of CN110700961A publication Critical patent/CN110700961A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110700961B publication Critical patent/CN110700961B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/14—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven relating to internal-combustion engines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/06—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
    • C01B3/10—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents by reaction of water vapour with metals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/053—Component parts or details
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Abstract

本发明公开了一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力工艺及系统，基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力系统包括：预燃烧室、斯特林机以及第一分离器、水泵以及气泵；惰性气体携带铝粉进入预燃烧室，使得铝粉与水于预燃烧室混合燃烧并形成高温烟气和氧化铝固体，高温烟气进入斯特林机的燃烧室与含氧流体混合燃烧形成燃烧烟气并加热斯特林机的加热器以实现斯特林机的运行；燃烧烟气进入第一分离器后形成通过气泵实现循环利用的惰性气体、以及通过水泵实现循环利用的水。本发明提高了斯特林机的能量密度，实现本发明的闭式循环运行，使得本发明不再受水深限制，惰性气体的循环利用和水的循环利用节约了本发明的运行成本，且运行过程中无污染排放。

Description

一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力工艺及系统
技术领域
本发明涉及斯特林机水下动力技术领域，尤指一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力工艺及系统。
背景技术
斯特林发动机(Stirling Engine)是一种利用外部能源加热的闭式回热循环发动机，它具有效率高、噪音低、污染低以及能源适应性强等特点。
目前常用的采用液体燃料的斯特林发动机其能量密度低于300Wh/kg，且受水深限制。因此，本领域技术人员亟待提高一种高能量密度且不受水深限制的水下动力系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力工艺及系统，提高了斯特林机的能量密度，实现本发明的闭式循环运行，使得本发明不再受水深限制，惰性气体的循环利用和水的循环利用节约了本发明的运行成本，且运行过程中无污染排放，绿色环保。
本发明提供的技术方案如下：
一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力工艺，包括步骤：
惰性气体携带铝粉进入预燃烧室，使得铝粉与水于所述预燃烧室混合燃烧并形成高温烟气和氧化铝固体；
所述高温烟气进入斯特林机的燃烧室与含氧流体混合燃烧形成燃烧烟气并加热所述斯特林机的加热器以实现所述斯特林机的运行；
所述燃烧烟气经分离形成循环利用的所述惰性气体和所述水。
进一步优选地，所述惰性气体携带铝粉进入预燃烧室，使得铝粉与水于所述预燃烧室混合燃烧并形成高温烟气和氧化铝固体包括步骤：
惰性气体携带铝粉流向所述预燃烧室的燃料口；
所述铝粉和流向所述预燃烧室的氧化剂口的水蒸汽于所述预燃烧室燃烧产生混合物并加热水以形成流向所述预燃烧室的氧化剂口的水蒸汽，所述混合物被分离形成所述高温烟气和所述氧化铝固体。
进一步优选地，还包括步骤：所述燃烧烟气冷凝降温后被分离形成循环利用的所述惰性气体和所述水。
进一步优选地，还包括步骤：液氧和所述燃烧烟气进行热交换，使得液氧汽化后流向所述燃烧室，所述燃烧烟气降温后被分离形成循环利用的所述惰性气体和所述水。
进一步优选地，还包括步骤：水与于所述预燃烧室出的氧化铝固体进行热交换，使得水升温形成水蒸汽流向所述预燃烧室，所述氧化铝固体降温；和/或，调节进入所述预燃烧室的铝粉量；和/或，所述斯特林机的运行实现发电机的运行；和/或，所述高温烟气过滤后进入所述斯特林机。
本发明还提供了一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力系统，包括：
预燃烧室、斯特林机以及第一分离器、水泵以及气泵；
惰性气体携带铝粉进入所述预燃烧室，使得铝粉与水于所述预燃烧室混合燃烧并形成高温烟气和氧化铝固体，所述高温烟气进入所述斯特林机的燃烧室与含氧流体混合燃烧形成燃烧烟气并加热所述斯特林机的加热器以实现所述斯特林机的运行；所述燃烧烟气进入所述第一分离器后形成通过所述气泵实现循环利用的所述惰性气体、以及通过所述水泵实现循环利用的所述水。
进一步优选地，所述预燃烧室包括燃烧腔、水冷壁和第二分离器；惰性气体携带铝粉流向所述燃烧腔的燃料口后进入所述燃烧腔；流经所述水冷壁的水被加热形成水蒸汽后流向所述燃烧腔的氧化剂口后进入所述燃烧腔；所述铝粉和所述水蒸汽于所述燃烧腔燃烧产生混合物并加热流经所述水冷壁的水，所述混合物被所述第二分离器分离形成所述高温烟气和所述氧化铝固体；和/或，还包括与所述斯特林机连接的发电机。
进一步优选地，所述燃烧烟气经冷凝器降温后流向所述第一分离器；和/或，还包括汽液换热器；所述含氧流体为液氧，所述液氧和所述燃烧烟气于所述汽液换热器进行热交换，使得液氧汽化后流向所述燃烧室，所述燃烧烟气降温后流向所述第一分离器；和/或，还包括固体冷却装置；水与于所述预燃烧室出的氧化铝固体在所述固体冷却装置进行热交换，使得水升温形成水蒸汽流向所述预燃烧室，所述氧化铝固体降温；和/或，还包括过滤器；所述高温烟气经所述过滤器过滤后流向所述斯特林机。
进一步优选地，还包括用于提供铝粉的给粉装置，所述给粉装置包括给粉器、步进电机和给粉管；所述给粉管连通所述给粉器和所述预燃烧室；所述步进电机调节所述给粉器流向所述给粉管的铝粉量。
进一步优选地，不同内径尺寸的给粉管可拆卸式安装于所述给粉器。
本发明提供的一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力工艺及系统，能够带来以下至少一种有益效果：
1、本发明中，铝粉与水反应产生绿色环保燃料—氢气，氢气燃烧不仅产生大量的热量提高了斯特林机的能量密度(本发明的斯特林机的能量密度高于500Wh/kg)，且氢气燃烧产生的水可被循环利用(与铝粉反应产生氢气)，惰性气体不与水、铝粉、氢气反应，从而也可实现循环利用(携带铝粉进入预燃烧室与水反应产生氢气)，实现本发明的闭式循环运行，进而使得本发明不再受水深限制，更优的，惰性气体的循环利用和水的循环利用节约了本发明的运行成本，不仅集合斯特林机本身运行效率高、噪音低及能源适应性强的特点，且运行过程中无污染排放，绿色环保；为了水下无人航行器提供了良好的基础。
2、本发明中，水加热形成水蒸汽后再与铝粉反应有助于铝颗粒的着火，更优的，水变成水蒸汽的热量来自于预燃烧室燃烧产生的热量、氧化铝固体冷却时所释放的热量；更优的，预燃烧室的壁面还可被水降温，从而延长预燃烧室的使用寿命。
3、本发明中，高温烟气中的氢气燃烧用于驱动斯特林机持续运行，同时，斯特林机与发电机连接还可产生电能，同时满足动力需求和电力需求；更优的，氢气燃烧后形成的燃烧烟气还可用于加热含氧液体(如液氧等)使得含氧液体汽化更易于与氢气混合均匀以提高氢气的产热性能，还可通过冷凝器以便于第一分离器对惰性气体和水的分离，降低第一分离器的设计要求，从而降低本发明的成本，冷凝器与燃烧烟气置换的热量可用于水下航行器的热水供应或者热量供应等，从而节约水下航行器的运行成本，同时提高水下飞行器的生活或工作环境质量，提供舒适的水下生活或工作环境。
4、本发明中，可根据动力需求及时调整进入预燃烧室的铝粉量，并通过步进电机实现铝粉供给的精确度和准确度。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力工艺及系统的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明的一种实施例示意图。
附图标号说明：
1.给粉装置，2.预燃烧室，3.固体冷却装置，4.斯特林机，5.发电机，6.汽液换热器，7.液氧罐，8.冷凝器，9.第一分离器，10.水泵，11.水舱，12.气泵。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的一种实施例中，如图1所示，一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力工艺，包括步骤：
惰性气体携带铝粉进入预燃烧室，使得铝粉与水于所述预燃烧室混合燃烧并形成高温烟气和氧化铝固体；
所述高温烟气进入斯特林机的燃烧室与含氧流体混合燃烧形成燃烧烟气并加热所述斯特林机的加热器以实现所述斯特林机的运行；
所述燃烧烟气经分离形成循环利用的所述惰性气体和所述水。
本实施例中，铝粉与水反应产生绿色环保燃料—氢气，氢气燃烧不仅产生大量的热量提高了斯特林机的能量密度(高于500Wh/kg)，且氢气燃烧产生的水可被循环利用(与铝粉反应产生氢气)，惰性气体不与水、铝粉、氢气、氧气反应，从而也可实现循环利用(携带铝粉进入预燃烧室与水反应产生氢气)，实现了闭式循环运行，进而使得本发明不再受水深限制，更优的，惰性气体的循环利用和水的循环利用节约了本发明的运行成本，不仅集合斯特林机本身运行效率高、噪音低及能源适应性强的特点，且运行过程中无污染排放，绿色环保；为了水下无人航行器提供了良好的基础；当然，本发明也适用于水下载人航行器。在实际应用中，氧化铝固体可被集中收集于一处，用于回收利用(如制造制造耐火材料或者作为吸附剂存在等)。惰性气体优选为不与水、铝粉、氢气、氧气反应的气体，如稀有气体或稀有气体混合气体等均可。
在本发明的另一种实施例中，如图1所示，一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力工艺，包括步骤：
惰性气体携带铝粉流向所述预燃烧室的燃料口；
所述铝粉和流向所述预燃烧室的氧化剂口的水蒸汽于所述预燃烧室燃烧产生混合物并加热水以形成流向所述预燃烧室的氧化剂口的水蒸汽，所述混合物被分离形成所述高温烟气和所述氧化铝固体；
所述高温烟气进入斯特林机的燃烧室与含氧流体混合燃烧形成燃烧烟气并加热所述斯特林机的加热器以实现所述斯特林机的运行；
所述燃烧烟气经分离形成循环利用的所述惰性气体和所述水。
本实施例中，通过铝粉和水(或水蒸汽)燃烧反应形成高温烟气(水蒸汽、氢气和惰性气体)和氧化铝固体产生的热量加热水，使得铝粉在预燃烧室更易于着火，提高铝粉与水的混合充分性，使得铝粉燃烧更为彻底和充分，避免铝粉的浪费，保证氢气的生产率，同时实现燃烧热的回收利用，避免水下热污染；还可维持预燃烧室在低于燃烧温度下工作，保护了预燃烧室的壁面，提高了预燃烧室的使用寿命，保障了本发明运行的持续性和稳定性。
在本发明的另一种实施例中，如图1所示，一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力工艺，包括步骤：
惰性气体携带铝粉流向所述预燃烧室的燃料口；
所述铝粉和流向所述预燃烧室的氧化剂口的水蒸汽于所述预燃烧室燃烧产生混合物并加热水以形成流向所述预燃烧室的氧化剂口的水蒸汽，所述混合物被分离形成所述高温烟气和所述氧化铝固体；
所述高温烟气进入斯特林机的燃烧室与含氧流体混合燃烧形成燃烧烟气并加热所述斯特林机的加热器以实现所述斯特林机的运行；
所述燃烧烟气冷凝降温后被分离形成循环利用的所述惰性气体和所述水。
本实施例中，燃烧烟气在分离之前进行冷凝降温处理，从而降低分离的难度，在实际应用中，燃烧烟气冷凝过程中被置换的热量可用于为水下航行器提供热量(如热水、暖气等)，从而进一步提高本发明的绿色环保、循环利用率。
在本发明的另一种实施例中，如图1所示，一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力工艺，包括步骤：
惰性气体携带铝粉流向所述预燃烧室的燃料口；
所述铝粉和流向所述预燃烧室的氧化剂口的水蒸汽于所述预燃烧室燃烧产生混合物并加热水以形成流向所述预燃烧室的氧化剂口的水蒸汽，所述混合物被分离形成所述高温烟气和所述氧化铝固体；
所述高温烟气进入斯特林机的燃烧室与含氧流体混合燃烧形成燃烧烟气并加热所述斯特林机的加热器以实现所述斯特林机的运行；其中，液氧和所述燃烧烟气进行热交换，使得液氧汽化后流向所述燃烧室；所述燃烧烟气降温后冷凝降温，再被分离形成循环利用的所述惰性气体和所述水。
本实施例中，燃烧烟气(惰性气体、水)经过二级降温(首先汽化液氧(即含氧流体)而降温，再次因冷凝降温)，进一步降低了燃烧烟气分离难度，实现了燃烧烟气热量的回收利用。
在本发明的另一种实施例中，如图1所示，一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力工艺，包括步骤：
惰性气体携带铝粉流向所述预燃烧室的燃料口；
所述铝粉和流向所述预燃烧室的氧化剂口的水蒸汽于所述预燃烧室燃烧产生混合物并加热水以形成流向所述预燃烧室的氧化剂口的水蒸汽，所述混合物被分离形成所述高温烟气和所述氧化铝固体；水与于所述预燃烧室出的氧化铝固体进行热交换，使得水升温形成水蒸汽流向所述预燃烧室，所述氧化铝固体降温；
所述高温烟气进入斯特林机的燃烧室与含氧流体混合燃烧形成燃烧烟气并加热所述斯特林机的加热器以实现所述斯特林机的运行；其中，液氧和所述燃烧烟气进行热交换，使得液氧汽化后流向所述燃烧室；所述燃烧烟气降温后冷凝降温，再被分离形成循环利用的所述惰性气体和所述水。
本实施例中，预燃烧室的水蒸汽来源可为燃烧腔中的热量和氧化铝固体的热量，大大提高了本发明的热量回收利用率。
在本发明的另一种实施例中，如图1所示，一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力工艺，包括步骤：
调节进入所述预燃烧室的铝粉量；
惰性气体携带铝粉流向所述预燃烧室的燃料口；
所述铝粉和流向所述预燃烧室的氧化剂口的水蒸汽于所述预燃烧室燃烧产生混合物并加热水以形成流向所述预燃烧室的氧化剂口的水蒸汽，所述混合物被分离形成所述高温烟气和所述氧化铝固体；水与于所述预燃烧室出的氧化铝固体进行热交换，使得水升温形成水蒸汽流向所述预燃烧室，所述氧化铝固体降温；
所述高温烟气进入斯特林机的燃烧室与含氧流体混合燃烧形成燃烧烟气并加热所述斯特林机的加热器以实现所述斯特林机的运行；其中，液氧和所述燃烧烟气进行热交换，使得液氧汽化后流向所述燃烧室；所述燃烧烟气降温后冷凝降温，再被分离形成循环利用的所述惰性气体和所述水。
本实施例中，可根据动力需求及时调整进入预燃烧室的铝粉量，从而满足不同动力需求的水下航行器，保证供给需求的动态平衡，实现产能与耗能的优化，提高本发明的适用性，从而节约成本。
在本发明的另一种实施例中，如图1所示，一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力工艺，包括步骤：
调节进入所述预燃烧室的铝粉量；
惰性气体携带铝粉流向所述预燃烧室的燃料口；
所述铝粉和流向所述预燃烧室的氧化剂口的水蒸汽于所述预燃烧室燃烧产生混合物并加热水以形成流向所述预燃烧室的氧化剂口的水蒸汽，所述混合物被分离形成所述高温烟气和所述氧化铝固体；水与于所述预燃烧室出的氧化铝固体进行热交换，使得水升温形成水蒸汽流向所述预燃烧室，所述氧化铝固体降温；
所述高温烟气进入斯特林机的燃烧室与含氧流体混合燃烧形成燃烧烟气并加热所述斯特林机的加热器以实现所述斯特林机的运行；所述斯特林机的运行实现发电机的运行；其中，液氧和所述燃烧烟气进行热交换，使得液氧汽化后流向所述燃烧室；所述燃烧烟气降温后冷凝降温，再被分离形成循环利用的所述惰性气体和所述水。
本实施例中，通过斯特林机的运行不仅实现动力的提供，还可实现电能的提供，从而实现水下航行器的动力和电力的统一化和整体化，节约空间体积，降低水下航行器的体积实现其小型化和集约化，降低其体重，进而降低其航行所需动力。
在本发明的另一种实施例中，如图1所示，一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力工艺，包括步骤：
调节进入所述预燃烧室的铝粉量；
惰性气体携带铝粉流向所述预燃烧室的燃料口；
所述铝粉和流向所述预燃烧室的氧化剂口的水蒸汽于所述预燃烧室燃烧产生混合物并加热水以形成流向所述预燃烧室的氧化剂口的水蒸汽，所述混合物被分离形成所述高温烟气和所述氧化铝固体；水与于所述预燃烧室出的氧化铝固体进行热交换，使得水升温形成水蒸汽流向所述预燃烧室，所述氧化铝固体降温；
所述高温烟气过滤后进入所述斯特林机的燃烧室与含氧流体混合燃烧形成燃烧烟气并加热所述斯特林机的加热器以实现所述斯特林机的运行；所述斯特林机的运行实现发电机的运行；其中，液氧和所述燃烧烟气进行热交换，使得液氧汽化后流向所述燃烧室；所述燃烧烟气降温后冷凝降温，再被分离形成循环利用的所述惰性气体和所述水。
本实施例中，通过对高温烟气进行过滤，避免预燃烧室内的固体颗粒物堵塞斯特林机的加热器，从而保证本发明运行的稳定性和高效率性。
在本发明的另一种实施例中，如图1所示，一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力系统，包括：预燃烧室2、斯特林机以及第一分离器9、水泵10以及气泵12；惰性气体携带铝粉进入预燃烧室2，使得铝粉与水于预燃烧室2混合燃烧并形成高温烟气和氧化铝固体，高温烟气进入斯特林机的燃烧室与含氧流体混合燃烧形成燃烧烟气并加热斯特林机的加热器以实现斯特林机的运行；燃烧烟气进入第一分离器9后形成通过气泵12实现循环利用的惰性气体、以及通过水泵10实现循环利用的水。
在本发明的另一种实施例中，如图1所示，一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力系统，包括：预燃烧室2、斯特林机4以及第一分离器9、水泵10以及气泵12；惰性气体携带铝粉进入预燃烧室2，使得铝粉与水于预燃烧室2混合燃烧并形成高温烟气和氧化铝固体，高温烟气进入斯特林机4的燃烧室与含氧流体混合燃烧形成燃烧烟气并加热斯特林机4的加热器以实现斯特林机4的运行；燃烧烟气进入第一分离器9后形成通过气泵12实现循环利用的惰性气体、以及通过水泵10实现循环利用的水；预燃烧室2包括燃烧腔、水冷壁和第二分离器；惰性气体携带铝粉流向燃烧腔的燃料口后进入燃烧腔；流经水冷壁的水被加热形成水蒸汽后流向燃烧腔的氧化剂口后进入燃烧腔；铝粉和水蒸汽于燃烧腔燃烧产生混合物并加热流经水冷壁的水，混合物被第二分离器分离形成高温烟气和氧化铝固体。
在实际应用中，水冷壁围设形成燃烧腔，水冷壁为燃烧腔的中空壁面，水由水冷壁的进水口进入被加热后形成的水蒸汽从出水口流向燃烧腔。进一步优选地，还包括固体冷却装置3；水与于预燃烧室2出的氧化铝固体在固体冷却装置3进行热交换，使得水升温形成水蒸汽流向预燃烧室2，氧化铝固体降温。在实际应用中，流向水冷壁、固体冷却装置3的水可为来自第一分离器9分离出的水，也可来自于用于储存淡水的水舱11，水通过水泵10流经固体冷却装置3或水冷壁从而被加热形成水蒸汽。具体地，第二分离器可使用气固分离器的原理实现高温烟气和氧化铝固体的分离，示例性的，利用采用类似于旋风分离技术，使得氧化铝固体自由下落并沉积到水冷式氧化铝罐被冷却，同时采用蓄热式换热器原理，利用氧化铝固体的余热来预加热水。因此，根据氧化铝颗粒的预热加热的水可为热水、水蒸汽、或者气液混合体，但应均属于本发明的保护范围。
在本发明的另一种实施例中，如图1所示，一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力系统，包括：预燃烧室2、斯特林机4以及第一分离器9、水泵10以及气泵12；惰性气体携带铝粉进入预燃烧室2，使得铝粉与水于预燃烧室2混合燃烧并形成高温烟气和氧化铝固体，高温烟气进入斯特林机4的燃烧室与含氧流体混合燃烧形成燃烧烟气并加热斯特林机4的加热器以实现斯特林机4的运行；燃烧烟气进入第一分离器9后形成通过气泵12实现循环利用的惰性气体、以及通过水泵10实现循环利用的水；预燃烧室2包括燃烧腔、水冷壁和第二分离器；惰性气体携带铝粉流向燃烧腔的燃料口后进入燃烧腔；流经水冷壁的水被加热形成水蒸汽后流向燃烧腔的氧化剂口后进入燃烧腔；铝粉和水蒸汽于燃烧腔燃烧产生混合物并加热流经水冷壁的水，混合物被第二分离器分离形成高温烟气和氧化铝固体；还包括固体冷却装置3；水与于预燃烧室2出的氧化铝固体在固体冷却装置3进行热交换，使得水升温形成水蒸汽流向预燃烧室2，氧化铝固体降温；还包括汽液换热器6和冷凝器8；含氧流体为液氧，液氧和燃烧烟气于汽液换热器6进行热交换，使得液氧汽化后流向燃烧室，燃烧烟气降温后依次流向冷凝器8、第一分离器9，分离形成循环利用的惰性气体和水。在实际应用中，液氧储存于液氧罐7中，汽液换热器6优选为板状汽液换热器，以提高换热面积，提高换热效率。
在本发明的另一种实施例中，如图1所示，一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力系统，包括：预燃烧室2、斯特林机4以及第一分离器9、水泵10以及气泵12；惰性气体携带铝粉进入预燃烧室2，使得铝粉与水于预燃烧室2混合燃烧并形成高温烟气和氧化铝固体，高温烟气进入斯特林机4的燃烧室与含氧流体混合燃烧形成燃烧烟气并加热斯特林机4的加热器以实现斯特林机4的运行；燃烧烟气进入第一分离器9后形成通过气泵12实现循环利用的惰性气体、以及通过水泵10实现循环利用的水；预燃烧室2包括燃烧腔、水冷壁和第二分离器；惰性气体携带铝粉流向燃烧腔的燃料口后进入燃烧腔；流经水冷壁的水被加热形成水蒸汽后流向燃烧腔的氧化剂口后进入燃烧腔；铝粉和水蒸汽于燃烧腔燃烧产生混合物并加热流经水冷壁的水，混合物被第二分离器分离形成高温烟气和氧化铝固体；还包括固体冷却装置3；水与于预燃烧室2出的氧化铝固体在固体冷却装置3进行热交换，使得水升温形成水蒸汽流向预燃烧室，氧化铝固体降温；还包括汽液换热器6和冷凝器8；含氧流体为液氧，液氧和燃烧烟气于汽液换热器6进行热交换，使得液氧汽化后流向燃烧室，燃烧烟气降温后依次流向冷凝器8、第一分离器9，分离形成循环利用的惰性气体和水；还包括与斯特林机4连接的发电机5。优选地，发电机5为直线电机，斯特林机4为自由活塞式斯特林机；自由活塞式热气机将热量转为功推动直线电机工作，然后直接发电。斯特林机4主要包括燃烧器、加热器、回热器以及冷却器等部件，发电机5主要包括配器活塞、平面弹簧以及活塞杆等部件。
进一步优选地，还包括过滤器；高温烟气经过滤器(如耐高温金属膜或耐高温过滤网等)过滤后流向斯特林机4。进一步优选地，还包括用于提供铝粉的给粉装置1，给粉装置1包括给粉器、步进电机和给粉管；给粉管连通给粉器和预燃烧室2；步进电机调节给粉器流向给粉管的铝粉量。
进一步优选地，不同内径尺寸的给粉管可拆卸式安装于给粉器。在实际应用中，通过步进电机和不同内径尺寸的给粉管可实现流向预燃烧室2的铝粉的精确把控，从而提高系统运行的稳定性和节能性。进一步优选地，还包括用于提供惰性气体的给气罐，进一步优选地，还包括用于控制惰性气体的流速的供气阀，用于控制进入燃烧腔的水蒸汽的量的给水阀，用于控制进入斯特林机4的含氧流体的量的给氧阀；用于给冷凝器8提供冷源的冷源供给装置，如冷却水供给管路或者可循环使用的制冷气体的装置等，进一步优选地，用于监测各种流体的流量的流量传感器、用于监测产热部件的温度的温度传感器，以此提高系统运行的稳定性、安全性以及可操作性。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力工艺，其特征在于，包括步骤：
惰性气体携带铝粉进入预燃烧室，使得铝粉与水于所述预燃烧室混合燃烧并形成高温烟气和氧化铝固体；
所述高温烟气进入斯特林机的燃烧室与含氧流体混合燃烧形成燃烧烟气并加热所述斯特林机的加热器以实现所述斯特林机的运行，含氧流体为液氧；
所述燃烧烟气经分离形成循环利用的所述惰性气体和所述水；
所述惰性气体携带铝粉进入预燃烧室，使得铝粉与水于所述预燃烧室混合燃烧并形成高温烟气和氧化铝固体包括步骤：
惰性气体携带铝粉流向所述预燃烧室的燃料口；
所述铝粉和流向所述预燃烧室的氧化剂口的水蒸汽于所述预燃烧室燃烧产生混合物并加热水以形成流向所述预燃烧室的氧化剂口的水蒸汽，所述混合物被分离形成所述高温烟气和所述氧化铝固体；
所述燃烧烟气经冷凝器降温后被分离形成循环利用的所述惰性气体和所述水。
2.根据权利要求1所述的基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力工艺，其特征在于，还包括步骤：
液氧和所述燃烧烟气进行热交换，使得液氧汽化后流向所述燃烧室，所述燃烧烟气降温后被分离形成循环利用的所述惰性气体和所述水。
3.根据权利要求1-2任意一项所述的基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力工艺，其特征在于，还包括步骤：
水与于所述预燃烧室出的氧化铝固体进行热交换，使得水升温形成水蒸汽流向所述预燃烧室，所述氧化铝固体降温；和/或，
调节进入所述预燃烧室的铝粉量；和/或，
所述斯特林机的运行实现发电机的运行；和/或，
所述高温烟气过滤后进入所述斯特林机。
4.一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力系统，其特征在于，包括：
预燃烧室、斯特林机以及第一分离器、水泵以及气泵；
惰性气体携带铝粉进入所述预燃烧室，使得铝粉与水于所述预燃烧室混合燃烧并形成高温烟气和氧化铝固体，所述高温烟气进入所述斯特林机的燃烧室与含氧流体混合燃烧形成燃烧烟气并加热所述斯特林机的加热器以实现所述斯特林机的运行；所述燃烧烟气进入所述第一分离器后形成通过所述气泵实现循环利用的所述惰性气体、以及通过所述水泵实现循环利用的所述水；
所述预燃烧室包括燃烧腔、水冷壁和第二分离器；
惰性气体携带铝粉流向所述燃烧腔的燃料口后进入所述燃烧腔；
流经所述水冷壁的水被加热形成水蒸汽后流向所述燃烧腔的氧化剂口后进入所述燃烧腔；
所述铝粉和所述水蒸汽于所述燃烧腔燃烧产生混合物并加热流经所述水冷壁的水，所述混合物被所述第二分离器分离形成所述高温烟气和所述氧化铝固体；
所述燃烧烟气经冷凝器降温后流向所述第一分离器；和/或，
还包括汽液换热器；所述含氧流体为液氧，所述液氧和所述燃烧烟气于所述汽液换热器进行热交换，使得液氧汽化后流向所述燃烧室，所述燃烧烟气降温后流向所述第一分离器；和/或，
还包括固体冷却装置；水与于所述预燃烧室出的氧化铝固体在所述固体冷却装置进行热交换，使得水升温形成水蒸汽流向所述预燃烧室，所述氧化铝固体降温；和/或，
还包括与所述斯特林机连接的发电机；和/或，
还包括过滤器；所述高温烟气经所述过滤器过滤后流向所述斯特林机。
5.根据权利要求4所述的基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力系统，其特征在于，还包括：
用于提供铝粉的给粉装置，所述给粉装置包括给粉器、步进电机和给粉管；
所述给粉管连通所述给粉器和所述预燃烧室；
所述步进电机调节所述给粉器流向所述给粉管的铝粉量。
6.根据权利要求5所述的基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力系统，其特征在于：
不同内径尺寸的给粉管可拆卸式安装于所述给粉器。
CN201910964623.3A 2019-10-11 2019-10-11 一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力工艺及系统 Active CN110700961B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910964623.3A CN110700961B (zh) 2019-10-11 2019-10-11 一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力工艺及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910964623.3A CN110700961B (zh) 2019-10-11 2019-10-11 一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力工艺及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110700961A CN110700961A (zh) 2020-01-17
CN110700961B true CN110700961B (zh) 2023-08-29

Family

ID=69199302

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910964623.3A Active CN110700961B (zh) 2019-10-11 2019-10-11 一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力工艺及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110700961B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113738529A (zh) * 2021-08-19 2021-12-03 上海齐耀动力技术有限公司 一种用于斯特林系统的旋流铝粉燃烧器及其使用方法

Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB821822A (en) * 1954-10-05 1959-10-14 Energy Ltd Improvements in and relating to heat engines operating on the stirling or ericsson heat cycles
JPS5882051A (ja) * 1981-11-12 1983-05-17 Aisin Seiki Co Ltd スタ−リング機関用燃焼器
JPS63230952A (ja) * 1987-03-18 1988-09-27 Toshiba Corp スタ−リングエンジンの加熱器
DE3844554A1 (de) * 1987-11-25 1989-09-21 Man Technologie Gmbh Verbrennungsluftfuehrung bei einem heissgasmotor
DE4440603A1 (de) * 1994-11-14 1996-05-15 Waermetechnik Dr Pauli Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur energetischen Nutzung nachwachsender Rohstoffe
CN1408051A (zh) * 2000-03-02 2003-04-02 新动力概念有限公司 改进的斯特林发动机热系统
CN2597893Y (zh) * 2002-12-23 2004-01-07 中国科学院电工研究所 太阳能-燃气混合型吸热器
JP2009068824A (ja) * 2007-09-14 2009-04-02 Murakami Takemi スターリング、伝熱、膨張管
KR20120064977A (ko) * 2010-12-10 2012-06-20 구동회 Ｉｃ촉매수소발생과 연소열 이용의 스털링엔진발전시스템
RU129998U1 (ru) * 2012-07-26 2013-07-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) Комбинированная парогазотурбинная установка на продуктах гидротермального окисления алюминия
CN204186489U (zh) * 2014-08-18 2015-03-04 宁波华斯特林电机制造有限公司 一种高精度的斯特林循环机的导磁结构
CN206191637U (zh) * 2016-09-30 2017-05-24 上海齐耀动力技术有限公司 斯特林发动机用无焰燃烧室
CN106939829A (zh) * 2017-02-16 2017-07-11 佛山市三水雄鹰铝表面技术创新中心有限公司 用于铝粉或镁粉燃烧与其产物回收的系统
DE102016202259A1 (de) * 2016-02-15 2017-08-17 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Hochtemperatur-Elektrolysevorrichtung sowie Verfahren zum Durchführen einer Hochtemperatur-Elektrolyse
CN107191289A (zh) * 2016-03-15 2017-09-22 邹立松 纯氧富氧燃烧原动机装置及使用该装置的交通工具和系统
CN107883406A (zh) * 2016-09-30 2018-04-06 上海齐耀动力技术有限公司 斯特林发动机用无焰燃烧室及其实施方法
CN108167086A (zh) * 2017-11-21 2018-06-15 上海齐耀动力技术有限公司 一种高压富氧燃烧斯特林发电系统及其控制方法
CN108825378A (zh) * 2018-06-13 2018-11-16 中国人民解放军国防科技大学 一种基于水蒸气等离子体的水下热电混合动力系统
SE1730226A1 (en) * 2017-08-25 2019-02-26 Saab Ab Method of combusting aluminium and system therefor
CN110005558A (zh) * 2019-03-19 2019-07-12 上海齐耀动力技术有限公司 一种防积碳燃油喷射装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8656724B2 (en) * 2010-04-20 2014-02-25 The Penn State Research Foundation Aluminium combustion power system

Patent Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB821822A (en) * 1954-10-05 1959-10-14 Energy Ltd Improvements in and relating to heat engines operating on the stirling or ericsson heat cycles
JPS5882051A (ja) * 1981-11-12 1983-05-17 Aisin Seiki Co Ltd スタ−リング機関用燃焼器
JPS63230952A (ja) * 1987-03-18 1988-09-27 Toshiba Corp スタ−リングエンジンの加熱器
DE3844554A1 (de) * 1987-11-25 1989-09-21 Man Technologie Gmbh Verbrennungsluftfuehrung bei einem heissgasmotor
DE4440603A1 (de) * 1994-11-14 1996-05-15 Waermetechnik Dr Pauli Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur energetischen Nutzung nachwachsender Rohstoffe
CN1408051A (zh) * 2000-03-02 2003-04-02 新动力概念有限公司 改进的斯特林发动机热系统
CN2597893Y (zh) * 2002-12-23 2004-01-07 中国科学院电工研究所 太阳能-燃气混合型吸热器
JP2009068824A (ja) * 2007-09-14 2009-04-02 Murakami Takemi スターリング、伝熱、膨張管
KR20120064977A (ko) * 2010-12-10 2012-06-20 구동회 Ｉｃ촉매수소발생과 연소열 이용의 스털링엔진발전시스템
RU129998U1 (ru) * 2012-07-26 2013-07-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) Комбинированная парогазотурбинная установка на продуктах гидротермального окисления алюминия
CN204186489U (zh) * 2014-08-18 2015-03-04 宁波华斯特林电机制造有限公司 一种高精度的斯特林循环机的导磁结构
DE102016202259A1 (de) * 2016-02-15 2017-08-17 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Hochtemperatur-Elektrolysevorrichtung sowie Verfahren zum Durchführen einer Hochtemperatur-Elektrolyse
CN107191289A (zh) * 2016-03-15 2017-09-22 邹立松 纯氧富氧燃烧原动机装置及使用该装置的交通工具和系统
CN206191637U (zh) * 2016-09-30 2017-05-24 上海齐耀动力技术有限公司 斯特林发动机用无焰燃烧室
CN107883406A (zh) * 2016-09-30 2018-04-06 上海齐耀动力技术有限公司 斯特林发动机用无焰燃烧室及其实施方法
CN106939829A (zh) * 2017-02-16 2017-07-11 佛山市三水雄鹰铝表面技术创新中心有限公司 用于铝粉或镁粉燃烧与其产物回收的系统
SE1730226A1 (en) * 2017-08-25 2019-02-26 Saab Ab Method of combusting aluminium and system therefor
CN108167086A (zh) * 2017-11-21 2018-06-15 上海齐耀动力技术有限公司 一种高压富氧燃烧斯特林发电系统及其控制方法
CN108825378A (zh) * 2018-06-13 2018-11-16 中国人民解放军国防科技大学 一种基于水蒸气等离子体的水下热电混合动力系统
CN110005558A (zh) * 2019-03-19 2019-07-12 上海齐耀动力技术有限公司 一种防积碳燃油喷射装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN110700961A (zh) 2020-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1060842C (zh) 蒸汽驱动发动机
CN104835976B (zh) 一种利用相变冷却的燃料电池散热系统
CN105895936A (zh) 一种分布式非燃烧型恒温增压发电系统
CN1789863A (zh) 使用燃料电池废热的制冷/制热装置
SG185176A1 (en) Electrolysis
EP0382754A1 (en) Absorption heat pumped cogeneration engine
CN110700961B (zh) 一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力工艺及系统
CN101575008B (zh) 多电飞行器的机载冷热电联产系统
CN108674126A (zh) 一种利用汽车发动机余热驱动的半效吸收式制冷系统
CN1223802C (zh) 空气调节装置
CN210652704U (zh) 车载氢气燃烧装置及氢燃料电池车
CN104088724A (zh) 基于温差发电的lng热管理系统
CN105757978B (zh) 一种船载热泵热水器系统及制热方法
CN201102951Y (zh) 酚水蒸发器
CN1403767A (zh) 燃气热泵式空调装置和用于加热废气的燃烧装置
CN102305151A (zh) 一种高效的内燃机余热能回收系统
CN207420746U (zh) Egr冷却系统、egr系统和混合动力车辆
CN108167086A (zh) 一种高压富氧燃烧斯特林发电系统及其控制方法
CN102213161B (zh) 气闭合循环热动力系统
CN105752310B (zh) 一种船载热泵空调系统及制热制冷方法
US20220407092A1 (en) Fuel cell system with a combined fuel evaporation and cathode gas heater unit and its method of operation
CN101844621B (zh) 多电飞行器的机载冷热电联产系统
CN201429086Y (zh) 有机废气处理装置
CN101566346A (zh) 有机废气处理装置
CN110259598A (zh) 一种基于斯特林循环的船舶辅助发电系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant