一种基于热光伏系统的燃烧器余热回收发电装置

1.本发明属于燃烧器余热回收领域，尤其涉及一种基于热光伏系统的燃烧器余热回收发电装置。


背景技术：

2.热光伏技术是一种将高温热源发射的红外辐射能量通过半导体pn结转换成电能的新技术，其与热力发电和半导体温差发电相比具有占用空间小、无运动部件、热源形式多、维护成本低等优点，现热光伏系统已开发达到40％的转化效率，高于基于涡轮机的热机的平均效率，成为了兼具实用价值和发展前景的能源转化技术。
3.目前我国北方农村地区主要依靠家用锅炉进行供暖，燃料主要以煤炭、蜂窝煤或者木材为主，换热方式一般采用水暖气或者火炕进行换热；由于锅炉采用不同的燃料进行供暖或者由于天气变化等原因导致锅炉产生的热量不同，室内的温度也不同，有时室内温度为22～24度，为人们居住比较舒适的温度，有时室内的温度超过30度，人们会感到烦闷，甚至要开窗放热，能源得到浪费；虽然可以对锅炉内燃料的量进行调节，但是由于不可估因素(室外天气变化)的存在以及燃料的量不好掌控，导致室内无法处于恒定的舒适的温度，浪费的能源也无法进行回收再利用。因此如何在保持室内温度处一个恒定的、舒适的温度下还可以将多余的能源进行回收利用是本技术的重点。


技术实现要素：

4.本发明需要解决的技术问题是：如何在保持室内温度处一个恒定的、舒适的温度下还可以将多余的能源进行回收利用的问题；进而提供一种基于热光伏系统的燃烧器余热回收发电装置。通过结合热光伏系统将燃烧器燃烧产生的部分热能转化为电能，使整体装置无需外部电源供电，并可以向外输出电能，可以应用于基础建设不完善的落后地区。
5.本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：
6.一种基于热光伏系统的燃烧器余热回收发电装置，它包括燃烧器、n组热光伏余热回收机构、可旋转调节机构、燃烧器进风通道和蓄电池；所述的燃烧器进风通道为一环形腔体结构，燃烧器进风通道套在燃烧器的外面并与燃烧器之间形成一个环形安装腔；所述的n组热光伏余热回收机构均匀设置在环形安装腔内，相邻的两组热光伏余热回收机构之间留有调节间隙；每组热光伏余热回收机构包括弧形辐射器、弧形滤波器和弧形光伏电池板，所述的弧形辐射器贴合燃烧器的外壁进行固装，弧形滤波器贴合辐射器的外壁进行固装；所述的弧形光伏电池板正对弧形滤波器设置，并通过可旋转调节机构进行移动；所述的蓄电池与n组热光伏余热回收机构中的弧形光伏电池板连接。
7.本发明与现有技术相比产生的有益效果是：
8.1、本发明通过热光伏余热回收机构回收燃烧器炉膛的余热进行能量回收，并为燃烧器所需的电气供电，由于弧形光伏电池板具有最大旋转角，故热光伏余热回收机构可以保证电能的恒定输出，以维持本装置正常工作所需的电能，而多余的电能通过蓄电池进行
存储用于其他方面的供电；弧形光伏电池板的调节改变热能与电能的输出占比，使得室内处于舒适温度的同时还可以将多余的能量进行回收；
9.2、本发明通过间歇性给料器实现燃烧器间歇性进料，既保证了家里的供暖温度，又不会浪费多余的热能；
10.3、本发明通过自动清灰机构实现燃烧器的炉膛自动清灰、排灰的目的。
附图说明
11.附图作为本技术的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。
12.图1为本发明整体结构示意图；
13.图2为热光伏余热回收机构的结构示意图；
14.图3为燃烧器进风通道与燃烧器之间的倾斜进气管连接示意图；
15.图4为图1中a处的局部放大图；
16.图5为底板传动单元的结构示意图。
17.图中：1-燃烧器；2-热光伏余热回收机构；2-1-弧形辐射器；2-2-弧形滤波器；2-3-弧形光伏电池板；3-圆环形安装支板；4-燃烧器进风通道；4-1-进气管；5-环形安装腔；6-储料箱；7-间歇性给料器；8-自动清灰机构；8-1-底板；8-2-过滤板；8-3-集灰槽；8-4-l形刮板；8-5-第一推杆；8-6-滚珠；8-7-第二推杆；8-8-u型通道；8-9-拨盘；8-10-立柱；8-11-第一连杆；8-12-第二连杆；8-13-u形支架；8-14-弹簧；8-15-抵接板；9-可旋转调节机构；10-温度传感器；11-排气风扇；12-进气孔；13-蓄电池；14-调节间隙。
具体实施方式
18.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
19.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
21.参见图1至图5所示，本技术实施例提供一种基于热光伏系统的燃烧器余热回收发电装置，它包括燃烧器1、n组热光伏余热回收机构2、可旋转调节机构9、燃烧器进风通道4和蓄电池13；所述的燃烧器进风通道4为一环形腔体结构，燃烧器进风通道4套在燃烧器1的外面并与燃烧器1之间形成一个环形安装腔5，冷空气通过所述的燃烧器进风通道4进入到燃烧器1内，一方面冷空气与炉膛内的燃料充分接触实现燃料的充分燃烧，另一方面对处于环形安装腔5内的热光伏余热回收机构2起到一个降温的作用；所述的n组热光伏余热回收机
构2均匀设置在环形安装腔5内，用于吸收燃烧器1炉膛内的高温并转化成电能，相邻的两组热光伏余热回收机构2之间留有调节间隙14；
22.每组热光伏余热回收机构2包括弧形辐射器2-1、弧形滤波器2-2和弧形光伏电池板2-3，所述弧形辐射器2-1、弧形滤波器2-2和弧形光伏电池板2-3的弧度与燃烧器1的弧度相同；所述的弧形辐射器2-1完全贴合燃烧器1的外壁进行固装，吸收燃烧器1炉膛传递来的热能后，温度升高发出热辐射，弧形滤波器2-2完全贴合辐射器2-1的外壁进行固装，用于过滤弧形辐射器2-1所传递过来的光，不满足要求的红外光被反射回弧形辐射器2-1进行回收，能量高于光伏电池禁带宽度的可用光通过弧形滤波器2-2到达弧形光伏电池板2-3；所述的弧形光伏电池板2-3正对弧形滤波器2-2设置，用于吸收弧形滤波器2-2传递过来的高于光伏电池板2-3禁带宽度的可用光，并将辐射能转化为电能输出，所述的弧形光伏电池板2-3通过可旋转调节机构9进行移动，实现电能输出量的调节；所述的蓄电池13与n组热光伏余热回收机构2中的弧形光伏电池板2-3连接，并为燃烧器1所需的电器进行供电。
23.本实施例中，所述的热光伏余热回收机构2设置为弧形结构，使其与燃烧器1完全贴合，一方面可以更好的吸收燃烧器1炉膛内的热量，另一方面可以减小其所占的体积。
24.本实施例中，所述的弧形光伏电池板2-3的外侧为燃烧器进风通道4，由于北方冬季很冷，所以弧形光伏电池板2-3与燃烧器进风通道4内的冷空气进行对流换热足以对弧形光伏电池板2-3达到降温的作用，使其能够正常工作。
25.本实施例中，所述的弧形光伏电池板2-3通过可旋转调节机构9以燃烧器1的中轴线为轴进行旋转，使得弧形光伏电池板2-3与弧形辐射器2-1和弧形滤波器2-2的相对面积发生改变，其中弧形光伏电池板2-3所旋转的角度可以通过电控装置实现自动控制；由于热光伏发电消耗燃烧器炉膛内的热能，弧形光伏电池板2-3与弧形辐射器2-1和弧形滤波器2-2相对面积增大就意味着炉膛内更多的热能转化为电能，反之相对面积减小炉膛内则保留了更多的热能，弧形光伏电池板2-3与弧形辐射器2-1和弧形滤波器2-2相对面积的调节在一定程度上调节了热能与电能的输出占比，可以更加灵活地应用于不同场景下的不同需求，通过热电转换对排出燃烧器炉膛内的烟气温度进行调控，将室温稳定在适宜居住的温度区间内，同时还可以回收燃料燃烧释放的多余热量，实现了能量的充分利用，本技术将多余的能量转化成电能，为本技术中各种电器件提供了所需要的电力，并将多余的电能储存在蓄电池中便于向外供电。
26.在一种可能的实施例中，所述调节间隙14的弧长为每组热光伏余热回收机构2弧长的1/2，可旋转调节机构9的最大旋转角a＝120
°
/n。
27.本实施例中，可旋转调节机构9通过设置最大旋转角，保证弧形光伏电池板2-3无论怎么旋转始终会有一部分与弧形辐射器2-1和弧形滤波器2-2相对，保证热光伏余热回收机构2会始终输出一定的电能，从而维持本装置正常工作所需的电能。由于每组热光伏余热回收机构2的大小为调节间隙14的2倍，也就是说弧形光伏电池板2-3至少有一半会与弧形辐射器2-1和弧形滤波器2-2相对。
28.本实施例中，所述的热光伏余热回收机构2优选为两组，两组热光伏余热回收机构2相对设置在燃烧器1的外壁上，可旋转调节机构9的最大旋转角a＝60
°
。
29.在一种可能的实施例中，所述的弧形辐射器2-1为金属辐射器，所述的弧形滤波器2-2为全介质滤波器，所述弧形光伏电池板2-3是由锑化镓制作而成的柔性光伏组件。
30.在一种可能的实施例中，所述的环形安装腔5内还设置有两块圆环形安装支板3，所述的两块圆环形安装支板3套在燃烧器1外并分别设置在热光伏余热回收机构2的上面和下面，用于支撑固定热光伏余热回收机构2，所述的弧形辐射器2-1、弧形滤波器2-2和弧形光伏电池板2-3固定在上下两块圆环形安装支板3上；所述的圆环形安装支板3的内环壁与燃烧器1的外壁固接，圆环形安装支板3的外环壁与燃烧器进风通道4的内环面固接。
31.在一种可能的实施例中，所述的可旋转调节机构9为轴承，所述的轴承套在燃烧器1外并固定在处于上面的圆环形安装支板3上；所述弧形光伏电池板2-3的顶端固接在轴承外圈的下端面上。
32.在一种可能的实施例中，所述的燃烧器1包括储料箱6、间歇性给料器7和自动清灰机构8，所述的储料箱6设置在燃烧器1的进料口处，用于存储一定量的燃料，所述的间歇性给料器7设置在燃烧器1的炉膛内的顶部，用于调节炉膛内的进料量和进料时间；间歇性给料器7的进料口与储料箱6的出料口相通；所述的自动清灰机构8设置在燃烧器1的排灰口处，以实现燃烧器1的炉膛自动清灰、排灰的目的。
33.本实施例中的间歇性给料器7更加适用于重量较轻的生物质颗粒，如果燃料为煤炭或木材，可以打开燃烧器1正面的炉门递入其他形式的燃料，以满足在不同情况下的燃烧供热要求。
34.本实施例中，所述的燃烧器1炉膛内设置有点火器，冷空气通过燃烧器进风通道4进入到燃烧器1的炉膛内，间歇性给料器7每间隔一段时间向燃烧器1的炉膛内投入固定量的燃料，冷空气与炉膛内的燃料充分燃烧，在相同质量的燃料下不仅可以获得更长时间的供暖期，节省了一定供暖成本，由于家用条件下所需的供暖面积有限，并不需要燃烧器1输出的烟气具有很高的温度，因此间歇性给料器7还有助于控制燃烧器1炉膛内的温度，间歇性给料器7既保证了家里的供暖温度，又不会浪费多余的热能；间歇性给料器7每次投入燃料的量的大小以及间隔时间可以根据需要进行设定；
35.本实施例中，所述炉膛的排烟管道与间歇性给料器7所在的位置平齐，排烟管道上设置有排气风扇11，燃烧器1炉膛内的高温烟气经过间歇性给料器7的一侧进入到排烟管道内排出，排出的高温烟气与换热器换热，达到供暖的目的；同时高温烟气经过间歇性给料器7时对其内部的燃料有干燥作用，使燃料水分减少进而燃烧时产烟减少；所述燃烧器1的炉膛内靠近间歇性给料器7的一侧设置有温度传感器10和多个进气孔12，所述的温度传感器10用以测定靠近间歇性给料器7的一侧炉膛内的温度，防止间歇性给料器7内的燃料由于高温而燃烧，所述的进气孔12与燃烧器进风通道4相通，通过进气孔12进入的低温空气对烟气温度进行调控，具有一定的抑氮作用。
36.在一种可能的实施例中，如图1和图4所示，所述的自动清灰机构8包括两块底板8-1、过滤板8-2、集灰槽8-3、两个l形刮板8-4、两个连杆单元和两个底板传动单元，所述的两块底板8-1相对设置，并滑动安装在过滤板8-2的上表面，所述的集灰槽8-3设置在过滤板8-2的下面，用于煤灰或者草木灰的收集；所述的两个l形刮板8-4分别相对滑动设置在两块底板8-1的上表面，并分别通过一个连杆单元与底板8-1的外端面连接，所述l形刮板8-4的竖直板与底板8-1垂直设置，l形刮板8-4的横板与底板8-1平行；所述的底板8-1通过底板传动单元实现往复运动。
37.本实施例中，当间歇性给料器7向炉膛内提供数次燃料后，自动清灰机构8开始进
行清灰工作，避免燃烧器1中因灰尘过多而堵塞；当两块底板8-1上积累了一定量的煤灰或者草木灰时，通过底板传动单元带动两块底板8-1背向运动，两块底板8-1之间产生排灰口，底板8-1通过连杆单元带动其上面的l形刮板8-4反向运动，即两个l形刮板8-4相向运动，同时两个l形刮板8-4将底板8-1上积灰推向两块底板8-1之间的排灰口处达到排灰的目的。积灰通过过滤板8-2进入集灰槽8-3中，过滤板8-2可以防止集灰槽8-3中的积灰飞出或溢出，如果燃料为生物质颗粒的话，集灰槽8-3能够收集草木灰用以制备钾肥用。
38.在一种可能的实施例中，所述的连杆单元包括第一推杆8-5、多个串联的滚珠8-6、第二推杆8-7和u型通道8-8；所述的多个串联的滚珠8-6通过钢丝绳串联在一起并滑动设置在u型通道8-8内，所述的串联的滚珠8-6及钢丝绳作为传动链使用，所述第一推杆8-5的一端与底板8-1的外端面连接，第一推杆8-5的另一端插在u型通道8-8的一端端口内并与串联滚珠8-6的钢丝绳的一端固连，第二推杆8-7的一端与l形刮板8-4的一端固连，第二推杆8-7的另一端插在u型通道8-8的另一端端口内并与串联滚珠8-6的钢丝绳的另一端固连，所述的u型通道8-8进行固定设置，可以选择固定在本装置的外壳上。
39.本实施例中，当两块底板8-1背向运动时，底板8-1在底板传动单元的带动下带动与其连接的第一推杆8-5运动，第一推杆8-5推动串联的滚珠8-6运动，在u型通道8-8的作用下，串联的滚珠8-6推动第二推杆8-7相对于第一推杆8-5反向运动，第二推杆8-7推动l形刮板8-4运动；当两块底板8-1相向运动时，底板8-1在底板传动单元的带动下带动与其连接的第一推杆8-5反向运动，第一推杆8-5拉动与其连接的钢丝绳，进而拉动与钢丝绳连接的第二推杆8-7反向运动，第二推杆8-7带动l形刮板8-4反向运动，两块底板8-1与两个l形刮板8-4的位置复位。
40.本实施例中，在u型通道8-8内涂有润滑油的情况下串联的滚珠8-6可以很好的完成改变传动方向的工作。
41.在一种可能的实施例中，所述的底板传动单元包括拨盘8-9、立柱8-10、第一连杆8-11、第二连杆8-12、u形支架8-13、两根弹簧8-14、驱动电机和抵接板8-15；所述的拨盘8-9为圆柱体的两侧各垂直插装一根拨杆得来，所述的拨盘8-9竖直安装在第一连杆8-11的一端，并通过驱动电机驱动旋转，所述的立柱8-10竖直安装在第一连杆8-11上并靠近拨盘8-9的一侧设置，所述第一连杆8-11的另一端铰连接在第二连杆8-12的一端，第二连杆8-12的另一端铰连接在u形支架8-13的连杆处；所述的抵接板8-15为凸字形板，抵接板8-15竖直安装在地面上，抵接板8-15的中间凸板插在u形支架8-13内，抵接板8-15的两个肩部用于支撑u形支架8-13；所述底板8-1的外端处于u形支架8-13的端口内，并与u形支架8-13固连；所述两根弹簧8-14的一端横向并排安装在底板8-1的外端面上，两根弹簧8-14的另一端连接在抵接板8-15的中间凸板上。
42.本实施例中，所述的拨盘8-9在驱动电机的驱动下转动时，拨盘8-9上的拨杆拨动立柱8-10随之旋转运动，立柱8-10带动第一连杆8-11以拨盘8-9的轴线为轴旋转，第一连杆8-11带动与其铰连接的第二连杆8-12运动，第二连杆8-12带动与其连接的u形支架8-13运动，由于u形支架8-13受到抵接板8-15的作用，u形支架8-13朝向拨盘8-9的方向直线运动，u形支架8-13带动与其连接的底板8-1直线运动，当立柱8-10被拨到远离底板8-1的最远的一侧时，此时两根弹簧8-14处于压缩状态，底板8-1在压缩弹簧8-14的作用下复位，所述的底板传动单元带动底板8-1间歇式往复运动，实现清灰目的。
43.在一种可能的实施例中，所述的燃烧器进风通道4通过多根周向均匀设置的进气管4-1与燃烧器1的炉膛相通；所述的多根进气管4-1倾斜插在燃烧器1的外壁上。
44.本实施例中，外界冷空气依次通过燃烧器进风通道4和倾斜设置的进气管4-1进入到燃烧器1的炉膛内，所述燃烧器1上的进气口设置有阀门，可以根据实际工况控制进入炉膛内的空气流量，由于燃烧器1设计为圆柱形状，并且侧向进气口与炉膛成一定角度，当有空气流入时便会产生涡流，使得空气与燃料能够充分接触，燃料燃烧的更充分，减少了烟气的生成。
45.本发明可以人为设定供热温度，然后控制中心通过对间歇性给料器7的单次进料量、燃烧器1侧向进气口阀门的开闭程度、燃烧器进气孔12的开启数量、热光伏余热回收机构2的旋转角度、排气风扇11的扇转速等多个状态量的动态调整，使室内温度稳定在一个合适的范围区间内，适宜农户居住的同时节省能源，避免了热能的流失。
46.虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。