一种生物质炉灶的制作方法

[0001]
本发明涉及热声转换与炉灶耦合技术领域，尤其是一种生物质炉灶。


背景技术：

[0002]
2010年，英国诺丁汉大学的chen等人开始了研究热声系统回收废热，并设计出了一台以扬声器为声电转换装置的行波热声发电系统[1]。随后，在2012年研制出了两套用于炉灶废热回收的热声发电系统[2-4]。其中，以丙烷炉为热端驱动源时，热声发电系统可获得15w的电功；而在木柴火焰热量下，该系统最高可输出22.7w电功。这项研究证明了这种热声发电系统在偏远地区的废热回收及供电方面具有很大的应用潜力。
[0003]
但此种方式在实际应用中缺乏对烟气的处理措施，整套装置成本较高、能耗较高。因此，开发一种低成本的清洁炉灶系统既可以解决国内困境，更是一种新的时代趋势。


技术实现要素：

[0004]
为了解决目前农村生物质炉灶燃烧效率低、高污染性、烟气废热的排放比例过大、对烟气余热的利用方式单一、附加耗能装置过多、成本高等缺陷，本发明提供了一种生物质炉灶，将双级行波热声发动机与炉灶相耦合，通过优化炉灶结构使燃料充分燃烧，减少污染颗粒物排放，结合热声发动机及声电储能装置，充分利用生物质燃料中的烟气余热，实现热-声-电转换。
[0005]
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]
一种生物质炉灶，包括炉灶、热声发动机、水冷装置以及发电储能装置；其中，
[0007]
热声发动机包括两套依次连接的左过渡管、冷端换热器、回热器、热端换热器和右过渡管，且两套之间的左过渡管与右过渡管均通过一个反馈管连接；
[0008]
水冷装置包括水冷蓄水槽、接水槽和水冷水管，水冷蓄水槽设置在接水槽上方，水冷蓄水槽与一个冷端换热器之间，另一个冷端换热器与接水槽之间，以及两个冷端换热器之间均通过水冷水管连接；
[0009]
炉灶产生的高温烟气通过导气管流经两个热端换热器；
[0010]
发电储能装置包括声罩、扬声器和蓄电池；
[0011]
热声发动机通过利用高温烟气余热及水冷装置提供的换热工质形成的温差，用于将热能转化为声能，随后声能通过声罩及管道传递给扬声器，实现声电转换，输出的电能储存在家用蓄电池中。
[0012]
本发明进一步的改进在于，炉灶包括炉壁、燃烧室、烟囱和调火圈，燃烧室设置在炉壁内，烟囱与燃烧室连通，调火圈设置在燃烧室顶部，用于调节燃烧强度。
[0013]
本发明进一步的改进在于，炉壁包括底板，以及设置在底板上的左盖、右盖、前盖、后盖以及顶盖。
[0014]
本发明进一步的改进在于，炉壁外设有保温层。
[0015]
本发明进一步的改进在于，炉灶的顶盖设置有两个炊事口，并与前盖、后盖形成燃
烧室。
[0016]
本发明进一步的改进在于，燃烧室形状为方形，燃烧室内自上而下设置有上隔料板和下隔料板，上隔料板和下隔料板使得燃烧室分层，燃烧室的中间设置通风口，通风口上方设置进料口，燃烧室的底部设置灰槽。
[0017]
本发明进一步的改进在于，上隔料板和下隔料板分别设置有上隔料板水套和下隔料板内层水套。
[0018]
本发明进一步的改进在于，前盖、后盖中分别对称设置有前内置水套、后内置水套，左盖设置有左内置水套，均围绕在燃烧室周围。
[0019]
本发明进一步的改进在于，烟囱采用s型结构，且烟囱设置有烟囱水套。
[0020]
本发明进一步的改进在于，接水槽的水作为生活用水。
[0021]
本发明至少具有如下有益的技术效果：
[0022]
本发明提供的一种生物质炉灶，双级热声发动机烟气余热发电清洁炉灶利用水的高度差为冷端换热器部分的换热工质提供动力，无须引入其他耗能装置(如水泵)，将经济成本与能量消耗降至最低。水经过换热升温后可供其它生活需求使用。经沿回路串联设置的双级热声发动机保证烟气余热的充分利用，同时将管路设于炉灶内部，既节省占地空间，又最大程度减少了能量耗散。炉灶采用双层燃料隔板，并于两隔料板间设一通风口，可保证可燃物的充分多级燃烧，在能量利用最大化的同时，减少因不充分燃烧引起的有害气体及颗粒物的污染。创新性的将热声发动机部分、炉灶部分和发电储能部分相耦合，在日常做饭、取暖中无需额外能量输入，即可将烟气废热充分利用。配置储能部分保证了电能供应时的稳定性，并实现了对电能使用时间的自由支配。
附图说明
[0023]
图1为炉灶的剖视图。
[0024]
图2为炉灶的俯视图。
[0025]
图3为热声发动机的侧视图。
[0026]
图4为热声发动机的立体图。
[0027]
图5为发电储能装置的剖视图。
[0028]
图6为水冷装置的立体图。
[0029]
附图标记说明：
[0030]
1、底板，2、灰槽，3、左盖，4、右盖，5、前盖，6、后盖，7、下隔料板，8、上隔料板，9、顶盖，10、烟囱，11、调火圈，12、后内置水套，13、前内置水套，14、烟囱水套，15、左内置水套，16、烟气管道，17、炊事口，18、燃烧室，19、进料口，20、通风口，21、上隔料板水套，22、下隔料板内层水套，23、热端换热器，24、回热器，25、冷端换热器，26、左过渡管，27、右过渡管，28、反馈管，29、声罩，30、扬声器，31、蓄电池，32、水冷蓄水槽，33、接水槽，34、水冷水管，35、导气管。
具体实施方式
[0031]
以下结合附图对本发明做出进一步的说明。
[0032]
如图1至图6所示，本发明提供的一种生物质炉灶，包括炉灶、热声发动机、水冷装
置以及发电储能装置，具体包括底板1、灰槽2、左盖3、右盖4、前盖5、后盖6、下隔料板7、上隔料板8、顶盖9、烟囱10、调火圈11、后内置水套12、前内置水套13、烟囱水套14、左内置水套15、烟气管道16、炊事口17、燃烧室18、进料口19、通风口20、上隔料板水套21、下隔料板内层水套22、热端换热器23、回热器24、冷端换热器25、左过渡管26、右过渡管27、反馈管28、声罩29、扬声器30、蓄电池31、水冷蓄水槽32、接水槽33、水冷水管34以及导气管35。
[0033]
其中，炉灶由炉壁、燃烧室18、水套、烟囱10、调火圈11组成。炉壁由底板1、顶盖9、左盖3、右盖4、前盖5、后盖6组成，炉壁外设有保温层。燃烧室18形状为方形，设置上、下双层隔料板，中间设置通风口20，底部设置灰槽2。烟囱10采用s型设计，从而增长烟程。水套环绕在燃烧室18及外部烟道外侧。炉灶的顶盖9设置有两个炊事口17，并与前盖5、后盖6形成燃烧室18，上隔料板7、下隔料板8使燃烧室18分层。前盖5、后盖6中分别对称设置有前内置水套13、后内置水套12，左盖3设置有左内置水套15，均围绕在燃烧室18周围。
[0034]
热声发动机由冷端换热器25、热端换热器23、回热器24、左过渡管26、右过渡管27、反馈管28组成。将反馈管28管路置于炉灶内部，串联双级行波热声发动机设于管路合适位置。高温烟气从炉灶左端通道流入热声发动机管路部分，并通过两个热端换热器23。冷端换热器25连接水冷部分实现对流换热，从而使回热器24中的蓄热室形成温度梯度，实现热声转换。
[0035]
发电储能装置由声罩29、扬声器30、蓄电池31组成，蓄电池31为普通家用蓄电池，扬声器30型号为b&c 8bg51。
[0036]
水冷装置由两个水槽及水冷水管34组成。水槽为方形水槽，水冷水管34直接与热声部分冷端换热器25相连，通过利用上下两个水槽的高度差，为热声部分提供换热工质。最高处水槽离地高度约为1.2m。流接水槽33的水可直接作为相关生活用水。
[0037]
炊事发电：
[0038]
烟气管道16、燃烧室18、热端换热器23、回热器24、冷端换热器25、左过渡管26、右过渡管27、反馈管28组成热声转换部分完成热能到声能的转变。
[0039]
反馈管28、声罩29、扬声器30、蓄电池31组成了声电转换部分，将声能转化为电能储存起来供后续使用。后内置水套12、前置水套13、烟囱水套14、左内置水套15构成了水套部分从而将热量有效加热取暖用水。调火圈11调节燃烧强度以达到功能间的转换。灰槽2、烟囱10、炊事口17、进料口19、通风口20构成了炉灶部分供生物质燃料燃烧从而提供热量。
[0040]
在日常炊事过程中，控制调火圈11的开合度，通过进料口19放入生物质燃料在燃烧室18的双层隔料板7、8进行多级燃烧。燃烧产生的热量一部分供炊事使用外，其产生的高温烟气沿烟气管道16、导气管35流经两个热端换热器23，通过对流换热将温度传递给回热器24，冷端换热器25经右过渡管27冷却，使回热器24中的蓄热室产生温差，并从热能向声能转化。声能通过声罩29传递，并在反馈管28中产生谐振，通过扬声器30将声能转化为电能，并最终储存至蓄电池31中供后续使用，实现热能、声能到电能的转化。
[0041]
供暖发电：
[0042]
炉灶内部水套全部联通，上隔料板水套21、下隔料板内层水套22三侧开口，连接左内置水套15、前置水套13与后置水套11，可形成内部流动交换。在冬天等需要供暖的时段，在整体水套12、13、14、15中加水至标准水位。如无需炊事，将炉灶封闭，调小或关闭调火圈1111的开合度，通过进料口19放入生物质燃料在燃烧室18的双层隔料板7、8进行多级燃烧。
燃烧产生的热量一部分供给燃烧室18三侧的后内置水套12、前内置水套13、烟囱水套14和左内置水套15，使其内部的水升温气化为水蒸汽，沿烟囱水套14流出，联通屋内采暖设备进行供暖。燃烧产生的高温烟气沿烟气管道16流经两个热端换热器23，通过对流换热将温度传递给回热器24，冷端换热器25经右过渡管27冷却，使回热器24中的蓄热式产生温差，并从热能向声能转化。声能通过声罩29传递，并在反馈管28中产生谐振，通过扬声器30将声能转化为电能，并最终储存至蓄电池31中供后续使用，实现热能、声能到电能的转化。
[0043]
炊事、供暖与发电：
[0044]
即为前两种使用形式的结合，需要在后内置水套12、前内置水套13、烟囱水套14、左内置水套15中加水至标准水位，同时移开并开大调火圈11的开合度。热声转换、声电转换、烟气流动、供暖等具体方式与前文所述相同。

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