CN218064966U

CN218064966U - 用于斯特林发动机的燃烧器结构

Info

Publication number: CN218064966U
Application number: CN202221966649.5U
Authority: CN
Inventors: 余国瑶; 陈远航; 马英; 马壮; 肖望; 罗二仓
Original assignee: Qilu Zhongke Institute Of Optical Physics And Engineering Technology; Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Current assignee: Qilu Zhongke Institute Of Optical Physics And Engineering Technology; Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority date: 2022-07-28
Filing date: 2022-07-28
Publication date: 2022-12-16
Anticipated expiration: 2032-07-28

Abstract

本实用新型涉及燃烧器设备技术领域，提供一种用于斯特林发动机的燃烧器结构，包括：燃烧器本体具有多层叠设的壁板，壁板围设成的空腔形成燃烧室，相邻两个壁板之间形成进气流道或出气流道；进气流道的进口与外部连通，进气流道的出口与燃烧室连通，出气流道的进口与燃烧室连通，出气流道的出口与外部连通；燃料组件与燃烧室连通。本实用新型提供的用于斯特林发动机的燃烧器结构，将空气预热器与燃烧器本体的壁面结合，进气流道和出气流道叠设实现了排气余热预热空气、最外侧壁板为空气侧减少漏热，内侧壁板为燃烧室壁面，同时满足了传统燃烧器中的空气预热器、燃烧室以及保温层的功能，从而减小了燃烧器结构的体积，提升了燃烧器结构的紧凑性。

Description

用于斯特林发动机的燃烧器结构

技术领域

本实用新型涉及燃烧器设备技术领域，尤其涉及一种用于斯特林发动机的燃烧器结构。

背景技术

斯特林发动机的外燃特性使其可适应各种不同的燃料与热源，且其运行平稳、内禀效率高、结构紧凑使之在不同领域具有应用潜力。如以柴油等液体燃料驱动的AIP技术，以煤油燃烧驱动的便携式电源，以天然气燃烧驱动的用于分布式天然气开采的斯特林冷电联供***，以家用天然气燃烧驱动的家用斯特林热电联产装置，以核热驱动的空间斯特林电源，以太阳能驱动的斯特林发电机等。其中燃料型斯特林发动机必须通过燃料在燃烧器内燃烧对发动机侧加热管进行加热，燃烧器的结构及性能对斯特林发动机及***性能影响显著。

现有燃料型斯特林发动机燃烧器结构主要有两类，一种是燃烧器与加热管直接耦合，加热管作为燃烧器壁面；另一种是外部燃烧器，燃料燃烧获得高温烟气，流入加热管内进行换热。第一种燃烧器结构主要用于气体或液体燃料燃烧，燃料从顶部注入，燃烧过程发生在燃烧器顶部，通过火焰直接加热和高温烟气流经加热管道对发动机加热管进行加热；第二种燃烧器结构主要用于固体燃料燃烧，通过高温烟气流经加热管道对发动机加热管进行加热。但上述两种结构中空气预热器体积庞大、结构复杂，且燃烧器外部包覆有较厚保温材料，导致燃烧器结构体积庞大。

实用新型内容

本实用新型提供一种用于斯特林发动机的燃烧器结构，用以解决现有技术中燃烧器结构体积庞大的缺陷。

本实用新型提供一种用于斯特林发动机的燃烧器结构，包括：燃烧器本体，所述燃烧器本体具有多层叠设的壁板，所述壁板围设成的空腔，形成燃烧室，相邻两个所述壁板之间形成进气流道或出气流道；其中，所述进气流道的进口与外部连通，所述进气流道的出口与所述燃烧室连通，所述出气流道的进口与所述燃烧室连通，所述出气流道的出口与外部连通；燃料组件，与所述燃烧室连通，所述燃料组件用于提供燃料。

根据本实用新型提供的一种用于斯特林发动机的燃烧器结构，多层所述壁板包括：沿靠近所述燃烧室的方向依次设置的第一壁板、第二壁板和第三壁板，所述第一壁板与所述第二壁板之间形成所述进气流道，所述第二壁板与所述第三壁板之间形成所述出气流道。

根据本实用新型提供的一种用于斯特林发动机的燃烧器结构，多层所述壁板包括：沿靠近所述燃烧室的方向依次设置的第一壁板、第二壁板、第三壁板和第四壁板；所述第一壁板与所述第二壁板之间形成第一进气流道，所述第三壁板与所述第四壁板之间形成第二进气流道，所述第一进气流道和所述第二进气流道连通形成所述进气流道；所述第二壁板与所述第三壁板之间形成出气流道。

根据本实用新型提供的一种用于斯特林发动机的燃烧器结构，所述燃烧器本体的数量为两个，两个所述燃烧器本体相对设置，每个所述进气流道的进口相对设置。

根据本实用新型提供的一种用于斯特林发动机的燃烧器结构，所述燃料的入口位于所述燃烧室的底面，所述出气流道的进口位于所述燃烧室的顶面。

根据本实用新型提供的一种用于斯特林发动机的燃烧器结构，还包括：多个加热管，设置于所述燃烧室内，用以吸收所述燃料燃烧产生的热量。

根据本实用新型提供的一种用于斯特林发动机的燃烧器结构，还包括：隔板，所述隔板设置于所述燃料组件与所述燃烧室的连接处，所述隔板上设有多个喷嘴，所述多个喷嘴朝向所述多个加热管；点火器，位于所述燃烧室内。

根据本实用新型提供的一种用于斯特林发动机的燃烧器结构，多个所述喷嘴呈环形排布，所述环形的正投影覆盖所述多个加热管。

根据本实用新型提供的一种用于斯特林发动机的燃烧器结构，所述燃料组件包括：气瓶，所述气瓶通过管路与所述燃烧室连通，所述气瓶用于存储气体燃料；阀门，设置于所述管路，以调节所述气体燃料的流量。

根据本实用新型提供的一种用于斯特林发动机的燃烧器结构，所述燃料组件包括：油箱，所述油箱通过管路与所述燃烧室连通，所述油箱同于存储液体燃料；阀门，设置于所述管路，以调节所述液体燃料的流量；泵，设置于所述管路，并位于所述阀门的上游。

本实用新型提供的用于斯特林发动机的燃烧器结构，通过多层壁板叠设，将空气预热器与燃烧器本体的壁面结合，进气流道和出气流道叠设实现了排气余热预热空气、最外侧壁板为空气侧减少漏热，内侧壁板为燃烧室壁面，同时满足了传统燃烧器中的空气预热器、燃烧室以及保温层的功能，从而减小了燃烧器结构的体积，提升了燃烧器结构的紧凑性；同时，本实用新型提供的用于斯特林发动机的燃烧器结构对于燃料的种类没有限制，提高了燃烧器结构的适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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。

图1是本实用新型提供的斯特林发动机的燃烧器结构的结构示意图之一；

图2是本实用新型提供的斯特林发动机的燃烧器结构的结构示意图之二；

图3是本实用新型提供的斯特林发动机的燃烧器结构的结构示意图之三；

图4是本实用新型提供的斯特林发动机的燃烧器结构的结构示意图之四；

图5是图1和图2中示出的喷嘴和加热管的结构示意图；

附图标记：

10：气瓶；11：管路；12：阀门；13：油箱；14：泵；20：加热管；30：点火器；40：隔板；41：喷嘴；50：温度计；60：风机；100：燃烧器本体；101：第一壁板；102：第二壁板；103：第三壁板；104：燃烧室；105：第四壁板；110：进气流道；111：进气流道的进口； 120：出气流道；121：出气流道的进口；130：第一进气流道；140：第二进气流道；200：斯特林发动机。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面结合图1-图5描述本实用新型的用于斯特林发动机的燃烧器的结构。

如图1和图3所示，在本实用新型的一个实施例中，用于斯特林发动机的燃烧器的结构包括：燃烧器本体100和燃料组件。燃烧器本体100具有多层叠设的壁板，壁板围设成空腔，该空腔形成燃烧室104。相邻两个壁板之间形成进气流道110或出气流道120，其中，进气流道110的进口111与外部连通，进气流道110的出口与燃烧室 104连通，出气流道120的进口与燃烧室104连通，出气流道120的出口与外部连通。燃料组件与燃烧室104连通，燃料组件用于提供燃料。

具体来说，燃烧器本体100通过弹性结构与斯特林发动机200连接。燃烧器本体100的内部具有空腔，该空腔作为燃烧室104用于燃烧燃料。燃烧器本体100具有多层壁板，相邻两层壁板之间为中空结构形成进气流道110和出气流道120。外部空气由进气流道110的进口111进入燃烧室104，燃料由燃料组件输送至燃烧室104内进行燃烧，燃烧产生的烟气由出气流道120排出燃烧器本体100的外部。

在本实施例中，进气流道110布置于整个燃烧器本体100的表面，可避免燃烧器本体100的壁板高温，保证安全，同时也可以减少漏热，从而可以省去在燃烧器本体100的外部包裹保温材料，相对于现有技术来说可减小燃烧器本体100的体积。进一步地，多层壁板、进气流道110和出气流道120组成空气预热器，出气流道120与进气流道叠设，较之现有技术减小了燃烧器本体100的体积，同时，可利用烟气的余热预热进气流道110内的空气，以实现烟气余热的回收利用，减少余热损失。

进一步地，在本实用新型的实施例中，燃料组件用于提供燃料，燃料可以为气体燃料，也可以为液体燃料。

本实用新型实施例提供的用于斯特林发动机的燃烧器结构，通过多层壁板叠设，将空气预热器与燃烧器本体的壁面结合，进气流道和出气流道叠设实现了排气余热预热空气、最外侧壁板为空气侧减少漏热，内侧壁板为燃烧室壁面，同时满足了传统燃烧器中的空气预热器、燃烧室以及保温层的功能，从而减小了燃烧器结构的体积，提升了燃烧器结构的紧凑性；同时，本实用新型实施例提供的用于斯特林发动机的燃烧器结构对于燃料的种类没有限制，提高了燃烧器结构的适用性。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，多层壁板包括：沿靠近燃烧室104的方向依次设置的第一壁板101、第二壁板102和第三壁板103。第一壁板101与第二壁板102之间形成进气流道110，第二壁板102与第三壁板103之间形成出气流道120。

具体来说，在本实施例中，进气流道110的进口111位于燃烧室 104的顶部，进气流道110的出口位于燃烧室104的底部。出气流道 120的进口121位于燃烧室104的顶部，燃料入口也位于燃烧室104 的底部，即空气和燃料由燃烧室104的底部进入，燃料燃烧后产生的烟气由燃烧室104的顶部进入出气流道120的进口121，流经出气流道120后排出。在本实施例中，燃料自燃烧室104的底部进入，燃料自下而上进行燃烧，结合自然对流更利于排气，降低了燃烧室104的密封性要求，更易于与发动机侧进行连接。

如图3所示，在本实用新型的另一个实施例中，多层壁板包括沿靠近燃烧室104的方向依次设置的第一壁板101、第二壁板102、第三壁板103和第四壁板105。第一壁板101与第二壁板102之间形成第一进气流道130，第三壁板103与第四壁板105之间形成第二进气流道140，第一进气流道130和第二进气流道140连通形成进气流道 110。第二壁板102和第三壁板103之间形成出气流道120。

具体来说，在本实施例中，出气流道120夹设在第一进气流道 130和第二进气流道140之间，空气预热器为逆流式换热器，逆流式换热器换热效率更高，且能进一步提高进入燃烧室104的空气的温度，从而提高燃烧温度，提高热量品位，也可降低烟气的温度，进一步减小余热损失。

如图4所示，在本实用新型的又一实施例中，燃烧器本体100的数量为两个，两个燃烧器本体100相对设置，每个进气流道110的进口111相对设置。

具体来说，斯特林发动机200相对设置可完全消除振动，此时，两个燃烧器结构也相对设置，可通过调整燃烧器本体100的外形和发动机热头形状，合理利用空间，在消除振动的同时保证结构紧凑。

如图1-图4所示，在本实用新型的实施例中，用于斯特林发动机的燃烧器结构还包括多个加热管20。多个加热管20设置于燃烧室104 内，用以吸收燃料燃烧产生的热量。

如图5所示，用于斯特林发动机的燃烧器结构还包括隔板40和点火器30。隔板40设置于燃料组件与燃烧室104的连接处，隔板40 上设有多个喷嘴41，多个喷嘴41朝向多个加热管20。点火器30位于燃烧室104内。

具体来说，隔板40上开设有多个孔，每个孔用于安装一个喷嘴 41。燃料经过喷嘴41后进入燃烧室104，并由点火器30点燃，火焰直接与加热管20接触，以将加热管20加热。

进一步地，多个喷嘴41呈环形排布，该环形的正投影覆盖多个加热管20。具体地，喷嘴41的数量与加热管20的数量相匹配，喷嘴41围设成的圆环可将多个加热管20包围起来，当每个喷嘴41喷出火焰时，火焰可将全部加热管20覆盖，从而使多个加热管20受热充分、加热均匀。

进一步地，隔板40的位置可调节，以使由喷嘴41喷出的火焰可覆盖全部加热管20。同时，喷嘴41的形状也可为多种，以喷出不同形状的火焰，使火焰可覆盖全部加热管20。

本实用新型实施例提供的用于斯特林发动机的燃烧器结构，通过多喷嘴均布设计，可使燃烧更充分，且火焰、烟气分布均匀，提高了燃烧器结构的传热效率，同时也利于提高斯特林发动机的工作效率。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，燃料组件包括：气瓶10、管路11和阀门12。气瓶10通过管路11与燃烧室104连通，气瓶10用于存储气体燃料。阀门12设置于管路11上，以调节气体燃料的流量。

具体来说，气瓶10通过管路11与燃烧室104连通，隔板40设置在管路11内，并位于管路11与燃烧室104连接处。

如图2所示，在本实用新型的另一个实施例中，燃料组件包括：油箱13、管路11、阀门12和泵14。油箱13通过管路11与燃烧室 104连通，油箱13用于存储液体燃料。阀门12设置于管路11，以调节液体燃料的流量。泵14设置于管路11，并位于阀门12的上游，用于泵送液体燃料。

本实用新型实施例提供的用于斯特林发动机的燃烧器结构，既可以采用气体燃料，也可以采用液体燃料，提高了燃烧器结构的适用性。

进一步地，如图1和图2所示，燃烧室104内还设置有温度计 50，用于检测燃烧室104内的温度。进气流道110的进口111处设置有风机60。

具体来说，可根据燃烧室104内的温度调节阀门12的开度，以控制气体燃料或液体燃料的供给量。根据空燃比对应调节风机60的转速，则能控制加热量及加热温度。同时，通过对阀门12开度、风机60转速以及喷嘴41与加热管20之间的角度、喷嘴41的形状可使燃料在燃烧室104内充分燃烧，且保证火焰覆盖全部加热管20，提高加热管20的温度。

本实用新型实施例提供的用于斯特林发动机的燃烧器结构，通过调节风机转速进行空燃比控制可实现各类气体燃料的充分燃烧；也可实现液体燃料的燃烧，从而实现燃料多样化；通过燃料加注量控制实现发动机侧加热量或加热温度的控制，更易于与发动机侧进行匹配；通过将喷嘴朝向加热管，使火焰的方向及分布与发动机侧加热管形状相对应，确保加热均匀及充分燃烧，此外，燃料自下方注入，燃料自下而上进行燃烧，结合自然对流更利于排气，降低燃烧室密封要求，更易于与发动机侧连接；通过进气流道和排气流道叠设利用排气余热预热空气降低了余热损失。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种用于斯特林发动机的燃烧器结构，其特征在于，包括：

燃烧器本体，所述燃烧器本体具有多层叠设的壁板，所述壁板围设成的空腔，形成燃烧室，相邻两个所述壁板之间形成进气流道或出气流道；

其中，所述进气流道的进口与外部连通，所述进气流道的出口与所述燃烧室连通，所述出气流道的进口与所述燃烧室连通，所述出气流道的出口与外部连通；

燃料组件，与所述燃烧室连通，所述燃料组件用于提供燃料。

2.根据权利要求1所述的用于斯特林发动机的燃烧器结构，其特征在于，多层所述壁板包括：

沿靠近所述燃烧室的方向依次设置的第一壁板、第二壁板和第三壁板，所述第一壁板与所述第二壁板之间形成所述进气流道，所述第二壁板与所述第三壁板之间形成所述出气流道。

3.根据权利要求1所述的用于斯特林发动机的燃烧器结构，其特征在于，多层所述壁板包括：

沿靠近所述燃烧室的方向依次设置的第一壁板、第二壁板、第三壁板和第四壁板；

所述第一壁板与所述第二壁板之间形成第一进气流道，所述第三壁板与所述第四壁板之间形成第二进气流道，所述第一进气流道和所述第二进气流道连通形成所述进气流道；

所述第二壁板与所述第三壁板之间形成出气流道。

4.根据权利要求1所述的用于斯特林发动机的燃烧器结构，其特征在于，所述燃烧器本体的数量为两个，两个所述燃烧器本体相对设置，每个所述进气流道的进口相对设置。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的用于斯特林发动机的燃烧器结构，其特征在于，所述燃料的入口位于所述燃烧室的底面，所述出气流道的进口位于所述燃烧室的顶面。

6.根据权利要求1所述的用于斯特林发动机的燃烧器结构，其特征在于，还包括：

多个加热管，设置于所述燃烧室内，用以吸收所述燃料燃烧产生的热量。

7.根据权利要求6所述的用于斯特林发动机的燃烧器结构，其特征在于，还包括：

隔板，所述隔板设置于所述燃料组件与所述燃烧室的连接处，所述隔板上设有多个喷嘴，所述多个喷嘴朝向所述多个加热管；

点火器，位于所述燃烧室内。

8.根据权利要求7所述的用于斯特林发动机的燃烧器结构，其特征在于，多个所述喷嘴呈环形排布，所述环形的正投影覆盖所述多个加热管。

9.根据权利要求1所述的用于斯特林发动机的燃烧器结构，其特征在于，所述燃料组件包括：

气瓶，所述气瓶通过管路与所述燃烧室连通，所述气瓶用于存储气体燃料；

阀门，设置于所述管路，以调节所述气体燃料的流量。

10.根据权利要求1所述的用于斯特林发动机的燃烧器结构，其特征在于，所述燃料组件包括：

油箱，所述油箱通过管路与所述燃烧室连通，所述油箱同于存储液体燃料；

阀门，设置于所述管路，以调节所述液体燃料的流量；

泵，设置于所述管路，并位于所述阀门的上游。