[发明专利]一种斯特林发动机的燃烧加热系统

说明书

技术领域

本发明属于燃烧及换热装置，尤其是涉及一种斯特林发动机的燃烧加热系统。

背景技术

斯特林发动机是一种封闭式外燃机，具有燃料来源广，热效率高，排气污染少，运转特性好，噪音低等优点，并且在分布式能源领域、清洁燃气发电领域、太阳能发电领域有着重要的应用，越来越受到人们的关注。

外燃系统是斯特林发动机的重要组成部分，其主要功能是通过合理、高效地组织燃烧与换热，将燃料的化学能转化为热能并通过热交换器传递给加热器，再由加热器将热能通过热交换传递给机内工质，从而使得机内工质在发动机内膨胀做功，将热能转换成机械能。由此可见，一台发动机效率的高低，不仅取决于发动机本身的循环效率，而且与其外燃系统的燃烧转换效率的高低也有着很大的关系。为此，要设计出高效、可靠的斯特林发动机，外燃系统的设计至关重要。

斯特林的加热器内部的工质都处于加压状态，其密度较大；流速也比较高，所以内部换热是充分的。外部燃烧产物的密度小，流速低，以至于受有很大的温差才能传递必要的传热量，因此提高加热器管外的传热效果将会大大改善加热器的工作性能。同时，在很多加热器部分经常会发生受热不均匀现象即出现“热点”。为了防止加热管被烧毁，“热点”温度必须等于或低于金属所能承受的最高工作温度(冶金限)。事实上加热器部分的平均温度比冶金限要低得多(可低到100℃)，这么低的平均温度使发动机的功率和效率同时下降。

综上所述，为改进斯特林机的工作性能，对其燃烧室与加热器进行优化设计是必要的。因此，本发明通过采用多孔燃烧换热技术，设计了一种用于燃气型斯特林发动机的燃烧加热系统。充分利用多孔介质良好的蓄热能力、激烈的扰动、较强的导热及辐射能力，使得燃烧室内温度更加均匀，到达加热器表面平均温度高，从而提高发动机的功率和效率。该系统可应用于燃气型斯特林发动机，尤其是工作在分布式能源站内的主要以稳定工况运作的燃气型斯特林发动机。

现有技术中也公开了相关的斯特林装置，例如，中国矿业大学张保生、龚小茂、周凡等发明了一种储热式煤层气斯特林装置，专利号：201120056598.8。此实用新型利用多孔介质燃烧器产生的高温烟气通过盘绕在储热器中的盘管实现热量的高效率传递。实现了不稳定煤层气尤其低浓度煤层气发电，有效降低了煤层气气源不稳定尤其是浓度波动大对整个装置的冲击，同时具有热效率高、污染小、噪音低、移动方便、维修简便等优点。但其多孔介质燃烧器结构过于简单，容易产生燃烧不稳定现象，同时热头设计简单，也使传热性能有所限制。

浙江大学的岑可法、程乐鸣等设计了一种渐变型多孔介质燃烧器实用新型，专利号：01226080.0。具有燃烧器壳体及其保温层，在燃烧器壳体及其保温层内壁设有二次空气配气圈，燃烧器壳体及其保温层一端设有散热圈、预混室、燃气进口和空气进口，在散热器中心设有混合燃气均匀分配器，在二次空气配气圈内设有渐变空隙率非均匀多孔介质。该渐变型多孔介质燃烧器燃烧稳定，燃烧效率高，NOx排放低，污染物排放低的优点，体积小、结构紧凑、负荷调节范围广，具有明显经济效率。但由于该发明主要用于研究实验，为了不改变燃烧器内部多孔介质层结构，故选择在燃烧室出口使用电火花引燃，这样的设计不利于在斯特林机上应用，并使得燃烧器的点火时间大大增加。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可供斯特林发动机使用，燃烧效率高、传热性能好、污染排放低的燃烧加热系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种斯特林发动机的燃烧加热系统，由上下设置的直形渐变叠式多孔介质燃烧器及填充式多孔介质加热器构成，

所述的直形渐变叠式多孔介质燃烧器包括壳体，以及设置在壳体内从上到下依次设置的燃气进口、预混室、轴向隔热层、点火器引线保护管、点火器、渐变型陶瓷多孔介质层、催化层，

所述的填充式多孔介质加热器由外部保温层，设置在保温层内的金属网圆筒，及在金属网圆筒内呈中心对称布置的加热管，加热管的间隙内填充金属丝。