一種基于斯特林發動機的熱電聯產系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及熱電聯產技術領域，尤其涉及一種基于斯特林發動機的熱電聯產系統。
【背景技術】
[0002]熱電聯產系統是一種集制熱(包括供暖和供熱水等)和發電過程一體化的系統，該系統具有能源利用效率高，碳化物和有害氣體排放少等特點。目前，熱電聯產系統的核心動力裝置一般有斯特林發動機、燃料電池、燃氣熱栗等。
[0003]現有的基于斯特林發動機的熱電聯產系統包括具有燃燒室的補燃系統和斯特林發動機，斯特林發動機與補燃系統連接，斯特林發動機產生的高溫煙氣能進入補燃系統的燃燒室中；在補燃系統的燃燒室外壁環繞有一螺旋狀的水流管道，用于對斯特林發動機和補燃系統產生的高溫煙氣進行換熱。現有的熱電聯產系統在運行時，斯特林發動機產生的高溫煙氣進入到補燃系統的燃燒室中，與補燃系統產生的高溫煙氣在燃燒室內混合，并通過燃燒室側壁上的孔向外側擴散；由于水流管道為螺旋狀，相鄰兩圈管道之間存在間隙，從燃燒室擴散出來的高溫煙氣則會在水流管道相鄰兩圈管道之間的間隙處與水流管道中的水進行換熱，從而使水流管道中的水成為熱水。
[0004]為了提高煙氣的換熱效率，往往采用較小管徑的水流管道，以加大水流管道中水的流動阻力，延長煙氣與水的熱交換時間，但由于水在加熱過程中容易產生水垢，形成的水垢容易堵塞較小管徑的水流管道，降低了煙氣的換熱效率。另外，由于斯特林發動機和補燃系統產生的高溫煙氣均是在水流管道相鄰兩圈管道之間的間隙處與水流管道中的水進行換熱，若水流管道相鄰兩圈管道之間的間隙設置過大，高溫煙氣穿過該間隙時，速度過快，換熱效率較低，因此，需要將水流管道相鄰兩圈管道之間的間隙設置得較小，以降低高溫煙氣穿過的速度，提高換熱效率，但由于煙氣中含有較多的顆粒物，易出現顆粒物堵塞相鄰兩圈管道之間的間隙的問題，造成排煙不暢，降低了高溫煙氣換熱效率及熱電聯產系統的使用壽命。再者，現有的基于斯特林發動機的熱電聯產系統，要想實現上述熱水的儲存，以便于隨時取用，需在系統外連接一個用于蓄熱水的水箱，結構復雜。因此，現有的基于斯特林發動機的熱電聯產系統的設置不合理，需要提出一種新的基于斯特林發動機的熱電聯產系統。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種基于斯特林發動機的熱電聯產系統，用于提高基于斯特林發動機的熱電聯產系統的煙氣換熱效率及使用壽命，且基于斯特林發動機的熱電聯產系統本身附帶存儲熱水功能。
[0006]為了實現上述目的，本發明提供以下技術方案:
[0007]—種基于斯特林發動機的熱電聯產系統，包括煙氣換熱裝置、斯特林發動機及補燃系統，所述煙氣換熱裝置包括熱交換裝置和水箱，所述熱交換裝置至少有一部分浸于水中，所述熱交換裝置分別與所述斯特林發動機的排煙口、所述補燃系統的排煙口連通，且所述熱交換裝置上設置有煙氣出口。
[0008]本發明提供的基于斯特林發動機的熱電聯產系統，對熱電聯產系統中煙氣換熱裝置的結構進行了改進，設置了水箱及熱交換裝置，斯特林發動機和補燃系統產生的高溫煙氣是通過熱交換裝置與水箱中的水進行換熱，本發明提供的技術方案與現有技術相比，取消了螺旋環繞在補燃系統的燃燒室外壁上的水流管道，避免了水垢堵塞水流管道的問題，且由于高溫煙氣不再是在水流管道相鄰兩圈管道之間的間隙處與水流管道中的水進行換熱，避免了煙氣中顆粒物堵塞相鄰兩圈管道之間的間隙的問題，提高了基于斯特林發動機的熱電聯產系統的換熱效率及使用壽命。另外，由于設置了水箱，換熱后產生的熱水可以直接儲存在水箱中，使得本發明提供的基于斯特林發動機的熱電聯產系統本身附帶存儲熱水功能，無需在基于斯特林發動機的熱電聯產系統外再連接用于存儲熱水的水箱，便于用戶隨時取用熱水。
【附圖說明】
[0009]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0010]圖1為本發明實施例所提供的基于斯特林發動機的熱電聯產系統的結構示意圖。
[0011]附圖標記:
[0012]1-水箱；2-斯特林發動機；3-補燃系統；
[0013]4-進水口；5-出水口；6-第一熱交換管道；
[0014]7-第二熱交換管道；8-第三熱交換管道；9-冷卻管路；
[0015]10-循環水栗。
【具體實施方式】
[0016]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0017]如圖1所示，本發明實施例提供一種基于斯特林發動機的熱電聯產系統，包括煙氣換熱裝置、斯特林發動機2及補燃系統3，煙氣換熱裝置包括熱交換裝置和水箱1，熱交換裝置至少有一部分浸于水中，熱交換裝置分別與斯特林發動機2的排煙口、補燃系統3的排煙口連通，且熱交換裝置上設置有煙氣出口。
[0018]具體實施時，斯特林發動機2和補燃系統3產生的高溫煙氣均通過熱交換裝置的煙氣入口進入到熱交換裝置中，與水箱1中的水進行換熱，經過換熱后形成的低溫煙氣通過熱交換裝置的煙氣出口排出水箱1。與現有技術相比，本發明實施例提供的技術方案取消了螺旋環繞在補燃系統的燃燒室外側的水流管道，而在煙氣換熱裝置中設置水箱1，將熱交換裝置至少一部分浸于水箱1的水中，從而實現高溫煙氣的換熱，由于水是放置在水箱1內，因此，避免了水垢堵塞水流管道的問題，進而可以提高基于斯特林發動機的熱電聯產系統的煙氣換熱效率。且由于高溫煙氣不是在水流管道相鄰兩圈管道之間的間隙處與水流管道中的水進行換熱，而是在熱交換裝置內與水箱1中的水進行換熱，熱交換裝置內的高溫煙氣通道較現有技術中的水流管道相鄰兩圈管道之間的間隙，要大二十倍以上，避免了煙氣中顆粒物堵塞水流管道相鄰兩圈管道之間的間隙的問題，提高了基于斯特林發動機的熱電聯產系統的煙氣換熱效率及使用壽命。另外，由于設置了水箱1，換熱后產生的熱水可以直接儲存在水箱1中，使得本發明提供的基于斯特林發動機的熱電聯產系統本身具有存儲熱水的功能。
[0019]熱交換裝置可部分浸于水中，當然，為了提高熱交換裝置與水箱1中的水之間的換熱面積，熱交換裝置可全部浸于水中。在后續描述中，如無特別說明，提及的熱交換裝置全部浸于水中。
[0020]為方便水進入和排出水箱1，在水箱1上設置有進水口4和出水口 5。在煙氣換熱過程中，水箱1中的水會被熱交換裝置中的高溫煙氣加熱，由于熱水的比重比冷水的比重輕，使得水箱1中上層的水的溫度較高，下層的水溫度較低，水箱1中水流方向為由下往上運動，為方便水箱1中冷水的注入及熱水的排出，將出水口 5設置在進水口 4的上方，具體地，將出水口 5設置在水箱1的上部位置，進水口 4設置在水箱1的下部位置。
[0021]此外，考慮到本發明實施例中煙氣換熱裝置是針對斯特林發動機2和補燃系統3的高溫煙氣的回收利用，且由于斯特林發動機2的重量遠超過補燃系統3的重量，因此，將補燃系統3設置在煙氣換熱裝置的上方，斯特林發動機2設置在煙氣換熱裝置的下方。
[0022]具體地，如圖1所示，熱交換裝置包括第一熱交換管道6、第二熱交換管道7和第三熱交換管道8，第一熱交換管道6的煙氣入口與補燃系統3的排煙口連通，第二熱交換管道7的煙氣入口與斯特林發動機2的排煙口連通，第一熱交換管道6的煙氣出口與第二熱交換管道7的煙氣出相連接，第三熱交換管道8的煙氣入口連接在在第一熱交換管道6與第二熱交換管道7的接合處。
[0023]具體使用時，補燃系統3產生的高溫煙氣進入第一熱交換管道6，并在第一熱交換管道6中與水箱1中的水進行換熱;斯特林發動機2產生的高溫煙氣進入第二熱交換管道7，并在第二熱交換管道7中與水箱1中的水進行換熱。上述兩種經過初步換熱后的高溫煙氣在第一熱交換管道6、第二熱交換管道7的接合處混合，形成混合煙氣，并進入第三熱交換管道8中進行進一步換熱，最終形成的低溫煙氣通過第三熱交換管道8的煙氣出口排出，進而使得煙氣余熱得到充分利用，提高了基于斯特林發動機的熱電聯產系統的換熱效率。