[发明专利]一种斯特林发动机外燃系统紧凑式空气预热器

说明书

本发明公开了一种斯特林发动机外燃系统紧凑式空气预热器技术。预热器采用环形结构，由8个相同45度环形换热单元组成，相邻两个换热单元之间通过焊接连接，空气由预热器底部进入8个换热单元，经过90度弯转进入每个换热单元环形翅片换热区域空气层，与燃烧烟气换热后由预热器上方排出。燃烧产生的高温烟气由预热器环形内部进入8个换热单元，经90度弯转进入各个换热单元翅片换热区域烟气层，与空气进行换热后经预热器外环出口排出。空气与烟气之间进行隔层逆流对流换热。本发明提出的紧凑式空气预热器，采用分段式板翅结构，气路布置合理巧妙，具有模块化、易加工的特点，对提高斯特林发动机外燃系统燃烧效率和系统发电效率具有显著效果。

技术领域

本发明涉及一种空气预热器，尤其涉及一种斯特林发动机外燃系统紧凑式空气预热器。

背景技术

空气预热器是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器，如果没有空气预热器，发动机中燃料燃烧产生热量的45%左右将被直接排出。空气预热器可以充分利用这些余热加热助燃空气，使斯特林发动机外燃系统的效率大幅度提升，从而提高斯特林发动机的整机效率。空气预热器的效率和斯特林发动机的燃烧热效率成正比，利用预热器通常斯特林发动机外燃系统的效率可从55%左右提高到85%～90%，而且燃烧更充分，排放更低。由于受到斯特林发动机外形尺寸的限制，空气预热器在满足换热效率高和流阻小的同时，要尽可能做到尺寸小、重量轻，这对空气预热器的设计提出了很大的挑战。本发明提出了一种紧凑式高效换热器结构，采用分段式板翅结构，气路布置合理巧妙，具有模块化、易加工的特点，对提高斯特林发动机外燃系统燃烧效率和系统发电效率具有显著效果。

发明内容

本发明提供了一种斯特林发动机外燃系统紧凑式空气预热器，该预热器采用分段式板翅结构，气路布置合理巧妙，具有结构紧凑、模块化、易加工的特点。

本发明的技术方案是：

一种斯特林发动机外燃系统紧凑式高效空气预热器，包括8个相同的45度环形换热单元，换热单元由多层换热翅片组合焊接而成，每个换热单元均设有低温空气进口和高温空气出口以及高温烟气进口和低温烟气出口。

相邻两个换热单元之间通过焊接连接，形成环形空气预热器，便于位于中心区域的燃烧腔燃烧后的烟气通过空气预热器向外排出。

空气由预热器底部经8个空气进口进入各个换热单元，经过90度弯转进入换热单元环形换热翅片换热区域空气层，与燃烧烟气换热后由预热器上方8个出气口排出。

高温烟气由预热器环形内部8个换热单元上的烟气进口进入各个换热单元，经90度弯转进入环形换热翅片换热区域烟气层，与空气进行换热后经预热器外环8个换热单元上的烟气出口排出。

换热单元内空气层与烟气层位于相邻的换热翅片内，空气与烟气之间进行隔层逆流对流换热。

换热翅片内的流动通道采用单通路或偏置通路设置。采用单通路的换热翅片较偏置通路的换热翅片流阻小，但换热效率不如偏置通路。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明空气预热器结构示意图；

图2为本发明空气预热器换热单元结构示意图；

图3为本发明空气预热器换热单元换热翅片结构示意图。

图中1-紧凑式空气预热器，2-换热单元，3-高温烟气进口，4-低温烟气出口，5-低温空气进口，6-高温空气出口，7(a)-直通道换热翅片，7(b)-偏置通道换热翅片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1所示为一种斯特林发动机外燃系统紧凑式空气预热器结构示意图，包括8个相同的45度环形换热单元2（图2），换热单元由多层换热翅片7组合焊接而成，换热翅片结构示意图如图3所示，每个换热单元均设有低温空气进口5和高温空气出口6以及高温烟气进口3和低温烟气出口4。相邻两个换热单元2之间通过焊接连接，形成环形空气预热器1，位于中心区域的燃烧腔燃烧后的烟气通过空气预热器向外排出。空气由预热器底部空气进口5进入8个换热单元，经过90度弯转进入环形换热翅片8换热区域空气层，与燃烧烟气换热后由预热器上方空气出口6排出。高温烟气由预热器环形内部8个换热单元上的烟气进口3进入各个换热单元，经90度弯转进入环形换热翅片8换热区域烟气层，与空气进行换热后经预热器外环8个换热单元上的烟气出口4排出。换热单元内空气层与烟气层分别位于不同层的换热翅片内，且分别隔层设置，空气与烟气之间进行隔层逆流对流换热。换热单元内的换热翅片流动通道采用单通路或采用偏置通路。采用单通路的换热翅片较偏置通路的换热翅片流阻小，但换热效率不如偏置通路。本发明提出的紧凑式空气预热器，采用分段式板翅结构，气路布置合理巧妙，具有模块化、易加工的特点，对提高斯特林发动机外燃系统燃烧效率和系统发电效率具有显著效果。