[发明专利]斯特林发动机外燃系统的进排气及空气预热结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种斯特林发动机外燃系统的进排气及空气预热结构。

背景技术

伴随着全球性的能源危机和环境危机，斯特林发动机由于其热效率高、污染小以及能源适应性强等优势已经越来越受到重视。空气预热结构作为斯特林发动机外燃系统的重要组成部分，是斯特林发动机的主要高温热交换结构，它可充分利用高温烟气的余热加热助燃空气，使斯特林发动机外燃系统的效率大幅度提高，从而提高斯特林发动机的整机效率。此外，空气预热结构还可以使外燃系统的燃烧更充分更清洁。而进排气结构则关系到斯特林发动机的高效、可靠性运行，其中进气结构引导助燃空气经空气预热结构顺利进入燃烧区，排气结构则对排出的燃烧烟气导向，引导燃烧烟气经空气预热结构顺利进入排气出口，迅速排入大气。为此，为斯特林发动机设计一种结构紧凑、换热效率高、气路布置合理巧妙的外燃系统的进排气及空气预热结构非常有意义。

发明内容

本发明旨在于为斯特林发动机的外燃系统提供一种结构紧凑、换热效率高、气路布置合理巧妙的进排气及空气预热结构。

为实现本发明的目的，拟采用以下技术方案：

斯特林发动机外燃系统的进排气及空气预热结构，包括燃烧区，该燃烧区为斯特林发动机外燃系统中用于混合气燃烧的空腔，所述燃烧区的下端外围设置有环形空气腔，环形空气腔的上端靠接设置环形烟气腔，所述环形空气腔上沿圆周方向对称设置有两个空气入口，所述环形烟气腔上沿圆周方向对称设置有两个烟气出口；所述环形烟气腔的内侧面相对环形空气腔的内侧面外移一定距离；

所述环形烟气腔的外围覆有第一保温石棉层，环形烟气腔的上端覆盖有绝热防护罩，绝热防护罩内填充有第二保温石棉层，所述燃烧区的上端覆盖有空气-烟气隔离罩，所述绝热防护罩的下端和空气-烟气隔离罩的上端之间设置有可使空气旋流进入燃烧区的空气旋流器；

所述环形烟气腔和燃烧区的外围之间构成空气-烟气换热腔，空气-烟气换热腔内沿圆周方向等间隔设置有N块由耐热材料制作的斜置且具有一定旋扭角度的换热旋流板, 20≦N≦32，N为偶数，相邻换热旋流板之间构成空气流道或者烟气流道，所述空气流道和烟气流道交替设置，于是空气流道具有N/2个，烟气流道也具有N/2个；各个所述烟气流道的内侧面上端开设有一个上部燃烧烟气开口，烟气流道的内侧面构成燃烧区的外侧面，也即燃烧区的外侧面上部开设有N/2个上部燃烧烟气开口，各个所述烟气流道的外侧面下端开设有一个下部燃烧烟气开口，下部燃烧烟气开口与位于烟气流道外侧的所述环形烟气腔的内侧面贯通；

各个所述空气流道的底端面外侧开设有一个底部预热空气开口，底部预热空气开口与位于空气流道下端的所述环形空气腔的上端面贯通，各个所述空气流道的顶端面开设有一个顶部预热空气开口，从顶部预热空气开口出来的空气经绝热防护罩和空气-烟气隔离罩之间的空间进入所述空气旋流器，空气旋流器用于使空气旋流，从而提升空气进入燃烧室的进气效果；

空气从环形空气腔的两个空气入口进入后，沿底部预热空气开口进入空气-烟气换热腔的各个空气流道，并由空气流道的顶部预热空气开口流出，烟气从烟气流道的上部燃烧烟气开口进入空气-烟气换热腔的各个烟气流道，并从烟气流道的下部燃烧烟气开口流出至环形烟气腔，最后从环形烟气腔的两个烟气出口流出；在空气-烟气换热腔内空气流道内的空气和相邻两侧的烟气流道内的烟气均能进行换热，大大提高了空气和烟气的换热效率；

由于各个换热旋流板本身斜置且具有一定的旋扭角度，相对于竖向设置的直的换热旋流板而言，不仅可以增加空气和烟气流动时的扰动，使得空气和烟气的换热更为充分均匀，而且可以使预热后的空气从顶部预热空气开口流出时具有一定的切向速度，从而使得预热后的空气更迅速地流入到空气旋流器；

所述绝热防护罩与其连接结构采用螺钉固定的方式连接，所述空气-烟气隔离罩与其连接结构采用焊接方式连接，所述绝热防护罩、空气旋流器以及空气-烟气隔离罩之间采用焊接方式连接，所述换热旋流板与其连接部分采用密封焊接方式连接。

进一步，所述空气流道的底部预热空气开口和顶部预热空气开口的形状均为扇形，且顶部预热空气开口的面积较大，各个空气流道的底部预热空气开口和顶部预热空气开口的相邻部分密封设置。

进一步，所述空气-烟气换热腔内沿圆周方向等间隔设置有24块由耐热材料制作的斜置且具有一定旋扭角度的换热旋流板。

进一步，所述环形空气腔上的两个空气入口的轴线和环形烟气腔上的两个烟气出口的轴线位于同一竖向平面内。