太阳能辅助动力式负压生物质气化炉的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种太阳能辅助动力式负压生物质气化炉，应用于偏远地区和户外。该气化炉包括：生物质料仓、干燥室、燃烧室、控制箱、光伏电池板、进料叶片和步进马达、固体进料连接管、正压隔离板、卡扣、燃烧室内胆、燃烧室保温层外套、温差发电片、铅蓄电池、离心风机、六通阀、除尘净化管、焦油分离罐、炉具、相变储热材料注入口、筛板、干燥室连接管、燃烧室连接管、点火设备、5.5VDC电源输出口和12VDC电源输出口。本发明在极端条件下仍能提供生活用能、为手机及电子产品充电，保障使用者的正常生活和对外联系。气化炉结构稳定，安装操作方便，适用范围广。
【专利说明】太阳能辅助动力式负压生物质气化炉
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气化炉，尤其是一种太阳能辅助动力式负压生物质气化炉
【背景技术】
[0002]生物质气化炉作为一种生物质能源转化设备，可用于解决全天生活用能源。可利用的生物质资源包括:农作物秸杆、林木废弃物、食用菌渣、牛羊畜粪及一切可燃性物质。虽然生物质原料在农村院落、田地及户外随意可得，但绝大多数生物质气化炉仍局限在住户、饭店、厨房、市场、发电厂等场所使用。这是因为生物质气化炉通常需要为风机供电，以保障产生的可燃气体组分被及时带出并利用。
[0003]对于一些偏远地区或户外等无电力及燃油供应地区，生活用能受到极大限制，当进行食品加工时，通常采取柴火、炉头、气罐、煤油炉、篝火等方式进行加热。小瓶燃气由于体积有限，很难提供持续热源。然而，上述地区通常具有丰富的生物质能源，如能利用环境自身进行发电并合理利用生物质资源，将能极大地改善偏远地区居民及户外运动者的生活质量。
[0004]偏远地区、野外或户外生物质气化炉需要解决以下几个问题:(I)便于携带；(2)能利用有限资源；(3)避免气化炉燃烧时的燃气外泄，并防止火灾发生。
[0005]传统生物质气化炉体积大、质量重、难以携带，这种结构特点制约了生物质气化炉难于在户外使用。分体式气化炉有望解决该类问题，如CN 202303468U公开了一种可拆卸直燃半气化炉。该气化炉能够方便拆卸、便于搬运，同时也能够单独更换损坏的部件，方便维修。然而，可拆卸部分只是炉壳部分，并不能明显减少气化炉的整体空间和体积，因而不便于户外携带。CN 2814177Y公开了一种可拆卸运输的可拆式气化炉。该气化炉火力猛、快速省时，热效率高，适于家庭、饭店、饮食店等使用。然而用于户外使用时，存在生物质燃烧热值不足或由于暴露明火反而容易导致火灾。
[0006]明火燃烧、燃气外泄及环境污染是偏远地区、野外或户外生物质气化炉需要解决的另一个课题。引风式生物质气化炉炉体内处于负压状态，烟气不会外泄并可避免了烟气对环境的污染。CN 201488023A公开了一种多功能植物气化炉，该气化炉通过引风形成负压。节能环保，避免了燃气泄露。然而这种生物质气化炉体积大难以携带，同时气化炉并不能解决风机供电问题，因此也无法在偏远地区或户外使用。
[0007]近年来，太阳能发电正逐渐被人们接受并应用于太阳能路灯、风光互补路灯、风光互补供电系统、个人住宅及办公楼供电、家庭用小型太阳能电站、大型并网电站、一体化光伏玻璃幕墙等建筑体系中。同时，太阳能则是一种取之不尽，用之不竭的资源。如果能利用太阳能产生电力并驱动生物质气化炉风机运转、再利用偏远地区或户外丰富的生物质资源，将有可能实现生物质气化炉在上述地区的应用。
[0008]太阳能与生物质气化联合利用技术很多，但其所利用的方式各不相同。CN1844313A公开了一种生物质气化蓄能的太阳能蓄热方法及装置。该装置主要将生物质燃气存储于气柜作为辅助能源。气化炉采集的热量与热水形成水蒸气进入气化炉反应，当太阳能不足时将这些烟气送入太阳能发电系统，过多的烟气释放热量后通过风机排出。CN101876299A公开了一种生物质和太阳能联合发电系统。晴天集热器加热导热油将水加热成过热蒸汽，同时利用溶盐储存热量并将水转变为过热蒸汽。蒸汽被加热至540度左右带动汽轮机发电。CN 101968041A公开了一种生物质锅炉辅助热源的太阳能发电系统。太阳能聚光集热后送入锅炉汽包底部。生物质汽包蒸汽用于汽轮发电。CN 101839225A和CN201747546U公开了一种生物质辅助太阳能发电装置。该装置通过太阳能集热器连接低温锅炉进水口，将低温锅炉与汽轮机的进气口相连。其可综合利用太阳能和生物质能，减少污染排放。CN 102400871A和CN 202284527U公开了一种太阳能和生物质气化互补储能热发电装置。该装置利用熔盐储热和生物质气化能以及燃气储能的优势，实现太阳能和生物质互补连续热发电，克服了太阳能发电不可控性、不连续的技术缺陷。上述太阳能和生物质能联合利用技术可充分利用两者能源，通过生物质燃烧发热系统、储能系统、太阳能集热系统、热交换系统、生物质烟气燃料系统，通过实现过热蒸汽带动汽轮机共同或辅助发电。然而，由于上述系统及装置体积过于庞大、生物质气化炉多作为辅助热源协助太阳能发电，难于解决偏远地区及户外的生活用能问题。
[0009]如能设计一种使用连接时保持气化炉的所有结构和功能、闲置时通过分体拆卸和填装的负压生物质气化炉，必将解决偏远地区及户外使用时难于携带、容易燃气外泄及容易导致火灾等缺点。同时，如能利用太阳能和生物质气化炉热量回收发电供给风机使用，将会让气化炉在有限资源情况下仍能发挥效能、显著提高气化炉的使用空间和使用范围，解决长期困扰偏远地区及户外运动者的诸多难题，节能减排意义重大。
【发明内容】
[0010]本发明提供了一种太阳能辅助动力式负压生物质气化炉，应用于偏远地区和户外。
[0011]本发明提供的一种太阳能辅助动力式负压生物质气化炉包括:生物质料仓(I)、干燥室(2)、燃烧室(3)、控制箱(4)、光伏电池板(5)、进料叶片(7)和步进马达(8)、固体进料连接管(9)、正压隔离板(10)、卡扣(11)、燃烧室内胆(12)、燃烧室保温层外套(13)、温差发电片(15)、铅蓄电池(26)、离心风机(27)、六通阀(28)、除尘净化管(29)、焦油分离罐(30)、炉具(34)、相变储热材料注入口(36)、筛板(38)、干燥室连接管(40)、燃烧室连接管(41)、点火设备(45)、5.5VDC电源输出口(46)和12VDC电源输出口(47)，所述的生物质料仓(I)位于气化炉上段，在其侧面有可以开合的生物质料仓门出)。干燥室(2)和燃烧室(3)位于气化炉中段，控制箱(4)在气化炉下段，中段的干燥室(2)和燃烧室(3)与上段的生物质料仓(I)之间通过卡扣(11)相连并密封；炉具(34)置于生物质料仓(I)之上，生物质料仓(I)底部通过料仓底部接口(37)连接固体进料连接管(9);固体进料连接管(9)底端装有正压隔离板(10)，固体进料连接管(9)内装有进料叶片(7)，步进马达(8)带动进料叶片(7)将固体进料带入燃烧室(3)，干燥室(2)和燃烧室(3)之间用筛板(38)隔开，固体进料连接管(9)通过筛板进料口(39)穿过筛板(38);燃烧室(3)内包括燃烧室内胆(12)和燃烧室保温层外套(13)，燃烧室内胆(12)置于燃烧室保温层外套(13)内，并在燃烧室保温层外套(13)内侧焊接温差发电片(15)，燃烧室内胆(12)侧壁为中空的双层不锈钢材，相变储热材料注入口(36)位于燃烧室内胆(12)与燃烧室连接管(41)相交处，相变储热材料被注入至燃烧室内胆(12)的夹层内，并盖紧密封。干燥室(2)和燃烧室(3)分别通过干燥室连接管(40)及燃烧室连接管(41)与控制箱(4)相连，控制箱内装有六通阀(28)、离心风机(27)、除尘净化管(29)焦油分离罐(30)和铅蓄电池(26)，其中六通阀(28)共有六个外接接口 (20)、(21)、(23)、(24)和(25)，分为三组对位连接，分别为左右对位(20)和(23)、左上和右下对位(22)和(25)以及左下和右上对位(21)和(24)，六通阀
(28)右上接口(24)与除尘净化管(29)出口相连，六通阀(28)左下接口(21)与燃烧室连接管底层接口(18)相连，燃烧室连接管(41)另一端通过燃烧室连接管炉体接口(19)与燃烧室(3)相连；六通阀左侧和右侧对位接口(20)、(23)分别与离心风机排气口(44)和离心风机抽气口(43)相连，六通阀的左上接口(25)与炉具(35)通过炉盘进气口(42)相连，六通阀右下侧接口(22)直接与大气相连；所述焦油分离罐(30)和进气口(33)与干燥室连接管底层接口(16)相连，干燥室连接管(40)另一端通过干燥室连接管炉体接口(17)和干燥室(2)相连；焦油分离罐顶端出口(32)与除尘净化管(29)入口相连，焦油分离罐(30)底部为焦油分离罐排焦口(31)。
[0012]所述的光伏电池板(5)通过光电转化将太阳能转化为电能存储于铅蓄电池(26)内，温差发电片(15)获得12V DC并为铅蓄电池(26)充电；铅蓄电池(26)通过电源开关
(48)控制电压的输出，通过变压器(49)将电流输出至5.5VDC电源输出口(46)和12VDC电源输出口(47)，两者安装于气化炉低端控制室内；所述的步进马达(8)的转速和离心风机(27)的功率由炉盘调节钮(35)控制；电源输出用铅蓄电池(26)通过12VDC电源输出口
(47)输出，或采用变压器或逆变器实现电压输出，电源输出中，还包括5.5VDC电源输出口
(46)。
[0013]所述的生物质料仓(I)的顶部或侧面有加料口，优选侧面加料以减少气化炉体积。使气化炉可方便地实现中途进料。
[0014]所述的光伏电池板(5)为整体式或分体式，当使用分体式时，可方便地装入气化炉其它箱体内；所述的光伏电池板(5)产生的电压为系统电压1.4-1.6倍。当采用12VDC铅蓄电池(26)时，其电压为16-20V。
[0015]所述的离心风机(27)为12-24V风机，优选12V铁皮离心风机，使其能在热燃气氛围下使用。
[0016]所述的筛板(5)的上孔洞中安装不锈钢网；所述的除尘净化管(14)内装不锈钢网、过滤材料和吸附材料，过滤材料为固体滤芯、滤布、棉花和石英棉，吸附材料为分子筛、硅胶、活性炭和硅藻土。
[0017]所述的点火设备(45)为汽油点火机或丁烷点火机，其开关部分通过炉盘流量调节钮间接控制或单独控制。
[0018]所述的点火设备(45)是电子点火器，通过12VDC供电加热点燃干燥的可燃性生物质。
[0019]所述的温差发电片(15)温差为10°C _400°C，优选为200°C _300°C，温差发电片热端耐热温度为50°C _400°C，优选为200°C _350°C。
[0020]所述的相变储热材料注入口(36)注入的相变储热材料为固液相变储热材料、固固相变储热材料、固气相变储热材料以及液气相变储热材料其中的一种；
[0021]所述的相变储热材料为无机相变材料或有机相变材料，当采用无机相变材料时，相变材料为结晶水合物或熔融盐或金属及金属合金。
[0022]本发明与现有同类技术相比，其显著的有益效果体现在:
[0023]1.生物质气化炉闲置时，上段生物质料仓、中段干燥室和燃烧室、下段控制室能够分开。炉具、固体进料连接管、筛板、气体连接管被存放于气化炉中段或上段。整个气化炉可方便地放于汽车后备箱中。
[0024]2.本发明投资成本低，结构简单、运行稳定，安装操作方便，适用范围广。
[0025]3.通过炉盘调节钮可同时调节风机进气量与生物质进料量，实现气化炉速率可调。节约燃料同时可实现生物质连续进料。同以往生物质燃烧过程无法调控火候相比，本气化炉可自如选择大火烧水、小火炖汤等多项功能，提高燃料使用率实现节能减排。
[0026]4.气化炉在极端条件下(偏远地区、人烟稀少的户外)，在资源极度匮乏条件下(仅有生物质资源和太阳能)，仍能提供生活用能、为手机及电子产品充电，保障使用者的正常生活和对外联系。
[0027]5.气化炉不但利用了太阳能，还能充分回收利用气化炉产生的热能并将之转化为电能，节能环保。
[0028]6.气化炉通过六通阀，利用同一引风机实现点火时鼓风，燃烧时引风，即避免了负压下不宜点燃，又避免了燃气外泄。在导气管道上安装的过滤器，能够过滤掉气体中含有的杂质以及灰分。减少了污染性物质的排放，同时，扩大了可燃性气体的处理能力。户外使用时，不会破坏植被、不会带来灰烬、避免了火灾发生，保护了生态环境。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是一种太阳能辅助动力式生物质气化炉组件结构示意图。
[0030]图2是一种太阳能辅助动力式生物质气化炉中气固进料联动控制电路示意图。
【具体实施方式】
[0031]如图1和图2所示，一种太阳能辅助动力式负压生物质气化炉由生物质料仓1、干燥室2、燃烧室3、控制箱4、光伏电池板5、进料叶片7和步进马达8、固体进料连接管9、正压隔离板10、卡扣11、燃烧室内胆12、燃烧室保温层外套13、温差发电片15、铅蓄电池26、离心风机27、六通阀28、除尘净化管29、焦油分离罐30、炉具34、相变储热材料注入口 36、筛板38、干燥室连接管40、燃烧室连接管41、点火设备45、5.5VDC电源输出口 46和12VDC电源输出口 47组成。所述的生物质料仓I位于气化炉上段，在其侧面有可以开合的生物质料仓门6，单炉盘炉具34置于生物质料仓I之上。生物质料仓I底部通过料仓底部接口 37连接固体进料连接管9 ;固体进料连接管9底端装有正压隔离板10，固体进料连接管9内装有进料叶片7，通过步进马达8带动进料叶片7将固体进料带入燃烧室3 ;干燥室2和燃烧室3位于气化炉中段，当气化炉分体运输时，可将三块拆分的光伏电池板5叠放入干燥室2内。当气化炉正常使用时，三块光伏电池板5会被挂在气化炉侧面并面向太阳。控制箱4在气化炉下段，中段的干燥室2和燃烧室3与上段的生物质料仓I之间通过卡扣11相连并密封；干燥室2和燃烧室3之间用筛板38隔开，筛板38孔洞中安装不锈钢网。固体进料连接管9通过筛板进料口 39穿过筛板38 ;燃烧室3内包括燃烧室内胆12和燃烧室保温层外套13，燃烧室内胆12置于燃烧室保温层外套13内，并在燃烧室保温层外套13内侧焊接温差发电片15，温差发热片为市售，其耐温可达300°C。燃烧室内胆12侧壁为中空的双层不锈钢材，预先将氯化钠与氯化钾混合熔盐通过相变储热材料注入口 36装入燃烧室内胆12内；
[0032]打开电源开48，在铅蓄电池26驱动下，离心风机27开始工作。点火时，可将六通阀28转向正压模式。此时，空气通过六通阀接口 22、23被离心风机27从离心机抽气口 43抽入，离心风机通过离心风机排气口 44将空气排出。空气经六通阀接口 20、21通过燃烧室连接管41被带入燃烧室3。燃烧室内的正压向上推动正压隔离板10，固体进料停止同时烟气不外泄。利用12VDC电子点火器15，在燃烧室3内将固体生物质进料点燃。固体生物质进料燃烧后产生烟气，烟气通过干燥室连接管40进入焦油分离罐30脱焦。焦油分离罐30底部冷凝的焦油可通过焦油分离罐排焦口 31定期排出。脱焦油后的烟气被带入除尘净化管29，除尘净化管29内装有不锈钢网、固体滤芯和活性炭。净化后的烟气(煤气)通过六通阀接口 24，25被送入炉灶34内进行燃烧。当燃烧正常后，可将六通阀28旋转至环保节能模式，此时离心风机27通过离心机抽气口 43经六通阀接口 23，24、除尘净化管29、焦油分离罐30、干燥室连接管40与炉体相连，炉体内为微负压。空气通过六通阀接口 22，21、和燃烧室连接管41被引入燃烧室内。微负压作用下，正压隔离板向下运动。生物质固体进料通过步进马达8带动进料叶片沿固体进料管9从生物质料仓I流下。固体进料速度通过调整炉盘调节钮35，改变步进马达8转速实现。在炉盘调节钮35调节作用下，离心风机27转速做相应调整以保障适宜的气/固比例。固体进料和空气在微负压下不完全燃烧产生烟气。烟气经过筛板38时，由于筛分作用，一些固体颗粒和灰烬被保留住燃烧室内。烟气经干燥室2，通过干燥室连接管40按上面所述方式被抽入离心风机27内。离心风机27排气口将除焦、除尘后的烟气(燃气)通过离心风机排气口 43经六通阀接口 20，25被送入单炉盘炉具34中进行燃烧。
[0033]气化炉所选用的离心风机为12VDC铁皮结构,光伏电池板输出电压为16VDC,用于给铅蓄电池(26)充电。当气化炉工作时，燃烧产生的热量被氯化钠与氯化钾混合熔盐吸收达到相平衡状态，燃烧室内胆12温度保持在300°C。燃烧室内胆12外侧的温差电热片15可产生16VDC电压。利用燃烧余热和热电效应与太阳能光伏电池板5共同为铅蓄电池26充电。当由于天气原因导致太阳能光伏电池板5无法工作时，利用铅蓄电池26中的余电驱动离心风机27工作，温差电热片15可作为独立充电电源可为铅蓄电池26补充电力。在气化炉工作期间及燃烧室内胆12余热存在时，可利用5.5VDC电源输出口 46和12VDC电源输出口 47，带动节能灯、MP3、平板电脑、笔记本电脑、手机等电子产品并为之充电。
【权利要求】
1.一种太阳能辅助动力式负压生物质气化炉，其特征是该气化炉包括:生物质料仓(I)、干燥室(2)、燃烧室(3)、控制箱(4)、光伏电池板(5)、进料叶片(7)和步进马达(8)、固体进料连接管(9)、正压隔离板(10)、卡扣(11)、燃烧室内胆(12)、燃烧室保温层外套(13)、温差发电片(15)、铅蓄电池(26)、离心风机(27)、六通阀(28)、除尘净化管(29)、焦油分离罐(30)、炉具(34)、相变储热材料注入口(36)、筛板(38)、干燥室连接管(40)、燃烧室连接管(41)、点火设备(45)、5.5VDC电源输出口 (46)和12VDC电源输出口 (47)，所述的生物质料仓(I)位于气化炉上段，在其侧面有可以开合的生物质料仓门￠)，干燥室(2)和燃烧室(3)位于气化炉中段，控制箱(4)在气化炉下段，中段的干燥室(2)和燃烧室(3)与上段的生物质料仓(I)之间通过卡扣(11)相连并密封；炉具(34)置于生物质料仓(I)之上，生物质料仓(I)底部通过料仓底部接口(37)连接固体进料连接管(9);固体进料连接管(9)底端装有正压隔离板(10)，固体进料连接管(9)内装有进料叶片(7)，步进马达⑶带动进料叶片(7)将固体进料带入燃烧室(3)，干燥室(2)和燃烧室(3)之间用筛板(38)隔开，固体进料连接管(9)通过筛板进料口(39)穿过筛板(38);燃烧室(3)内包括燃烧室内胆(12)和燃烧室保温层外套(13)，燃烧室内胆(12)置于燃烧室保温层外套(13)内，并在燃烧室保温层外套(13)内侧焊接温差发电片(15)，燃烧室内胆(12)侧壁为中空的双层不锈钢材，相变储热材料注入口(36)在燃烧室内胆(12)内；干燥室⑵和燃烧室(3)分别通过干燥室连接管(40)及燃烧室连接管(41)与控制箱(4)相连，控制箱内装有六通阀(28)、离心风机(27)、除尘净化管(29)焦油分离罐(30)和铅蓄电池(26)，其中六通阀(28)共有六个外接接口 (20)、(21)、(23)、(24)和(25)，分为三组对位连接，分别为左右对位(20)和(23)、左上和右下对位(22)和(25)以及左下和右上对位(21)和(24)，六通阀(28)右上接口 (24)与除尘净化管(29)出口相连，六通阀(28)左下接口(21)与燃烧室连接管底层接口(18)相连，燃烧室连接管(41)另一端通过燃烧室连接管炉体接口(19)与燃烧室(3)相连；六通阀左侧和右侧对位接口(20)、(23)分别与离心风机排气口(44)和离心风机抽气口(43)相连，六通阀的左上接口(25)与炉具(35)通过炉盘进气口(42)相连，六通阀右下侧接口(22)与大气相连；所述焦油分离罐(30)和进气口(33)与干燥室连接管底层接口(16)相连，干燥室连接管(40)另一端通过干燥室连接管炉体接口(17)和干燥室(2)相连；焦油分离罐顶端出口(32)与除尘净化管(29)入口相连，焦油分离罐(30)底部为焦油分离罐排焦口(31)。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能辅助动力式负压生物质气化炉，其特征是所说的光伏电池板(5)通过光电转化将太阳能转化为电能存储于铅蓄电池(26)内，温差发电片(15)获得12V DC，并为铅蓄电池(26)充电；铅蓄电池(26)通过电源开关(48)控制电压的输出，通过变压器(49)将电流输出至5.5VDC电源输出口(46)和12VDC电源输出口(47)，两者安装于气化炉低端控制室内；所说的步进马达(8)的转速和离心风机(27)的功率由炉盘调节钮(35)控制；电源输出用铅蓄电池(26)通过12VDC电源输出口(47)输出，或采用变压器或逆变器实现电压输出，在电源输出中，还包括5.5VDC电源输出口(46)。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能辅助动力式负压生物质气化炉，其特征是所说的生物质料仓(I)的顶部或侧面有加料口，优选侧面加料。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能辅助动力式负压生物质气化炉，其特征是所说的光伏电池板(5)为整体式或分体式；所说的光伏电池板(5)产生的电压为系统电压1.4-1.6倍，当采用12VDC铅蓄电池(26)时，其电压为16-20V。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能辅助动力式负压生物质气化炉，其特征是所说的的离心风机(27)为12-24V风机，优选12V铁皮离心风机。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能辅助动力式负压生物质气化炉，其特征是所说的筛板(5)的上孔洞中安装不锈钢网；所说的除尘净化管(14)内装不锈钢网、过滤材料和吸附材料，过滤材料为固体滤芯、滤布、棉花和石英棉，吸附材料为分子筛、硅胶、活性炭和硅藻土。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能辅助动力式负压生物质气化炉，其特征是所说的点火设备(45)为电子点火器或汽油点火机或丁烷点火机，点火设备的开关通过炉盘流量调节钮控制或单独控制。
8.根据权利要求1所述的一种太阳能辅助动力式负压生物质气化炉，其特征是所说的温差发电片(15)温差为10°C -400°C，优选为200°C -300°C，温差发电片热端耐热温度为50 0C -400 °C，优选为 200 0C -350。。。
9.根据权利要求1所述的一种太阳能辅助动力式负压生物质气化炉，其特征是所说的相变储热材料注入口(36)注入的相变储热材料为固液相变储热材料、固固相变储热材料、固气相变储热材料或液气相变储热材料其中的一种。
10.根据权利要求1所述的一种太阳能辅助动力式负压生物质气化炉，其特征是所说的相变储热材料注入口(36)注入的相变储热材料为无机相变材料或有机相变材料，当采用无机相变材料时，相变材料为结晶水合物或熔融盐或金属及金属合金。
【文档编号】C10J3/84GK104390236SQ201410667803
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】姚颂东, 曹传杰, 司龙飞, 马青青, 王磊, 石爽, 魏双, 郭亚, 卢京鸣 申请人:辽宁科技大学