CN101709672B - 高效高温型内外混燃气轮机 - Google Patents

Abstract

高效高温型内外混燃气轮机，它涉及的是热能转换技术领域。它是为了克服现有内燃机热转换效率低(在25％～40％之间)，燃烧不完全而向空气中排放大量的高温污染气体的问题。它的小叶轮总成的进气口与外界空气连通，小叶轮总成的出气口通过高温热交换器与大涡轮总成的进气口连通，大涡轮总成的出气口通过中温热交换器、低温热交换器与外界空气连通，燃烧室的底部进气口通过中温热交换器、低温热交换器与外界空气连通，燃烧室的顶部出气口通过高温热交换器、低温热交换器与外界空气连通，燃具设置在燃烧室内部，小叶轮总成的主轴与大涡轮总成的主轴、减速偶合器的输入转轴互相传动连接，减速偶合器的输出转轴为机械动力输出轴。本发明能将燃料的燃烧热能高效的转换成机械能，其热能/机械能的转换效率为30％～80％，加热温度越高，其转换效率越高。由于燃料是持续不断地燃烧，这就有可能把不希望在外面产生的污染物降低到最小限度，即实现完全燃烧。

Description

高效高温型内外混燃气轮机

技术领域

本发明涉及的是热能转换成机械能的技术领域。

背景技术

现有内燃机广泛的应用在各个领域中，其中汽车应用的数量是最多的，给人类生活带来了诸多便利，但其热/机转换效率一般是在20％～40％之间，其余60％～80％的热能无法利用而需要向外排放，同时因燃料不能完全燃烧，其尾气将向空气中排放大量的污染气体，使空气受到严重的污染，具统计这些是造成地球环境变暖的主要原因之一。给人类将来的生活环境带来了无法挽回的损失与破坏。

斯特林发动机是斯特林于1816年发明的。斯特林发动机是独特的热机，因为他们理论上的效率几乎等于理论最大效率，称为卡诺循环效率。斯特林发动机是通过气体受热膨胀、遇冷收缩而产生动力的。这是一种外燃发动机，使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀氢气(或氦)作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室冷却，反复地进行这样的循环过程。由于外燃机避免了传统内燃机的震爆做功问题，从而实现了高效率、低噪音、低污染和低运行成本。

但是，斯特林发动机还有许多问题要解决，例如膨胀室、压缩室、加热器、冷却室、再生器等的成本高，热量损失是内燃发动机的2-3倍等。所以，还不能成为大批量使用的发动机。

发明内容

本发明是为了克服现有内燃机热转换效率低(在20％～40％之间)，燃烧不完全而向空气中排放大量的污染气体的问题，及现有斯特林发动机还存在膨胀室、压缩室、加热器、冷却室、再生器等成本很高，热量损失是内燃发动机的2-3倍的问题。进而提出了一种高效高温型内外混燃气轮机。

它由小叶轮总成、大涡轮总成、高温热交换器、中温热交换器、低温热交换器、燃烧室、燃具、减速偶合器组成；

小叶轮总成的进气口与外界空气连通，小叶轮总成的出气口通过高温热交换器的低温进气口、高温热交换器、高温热交换器的高温出气口与大涡轮总成的进气口连通，大涡轮总成的出气口通过中温热交换器的高温进气口、中温热交换器、中温热交换器的低温出气口、低温热交换器的第一高温进气口、低温热交换器、低温热交换器的第一低温出气口与外界空气连通，燃烧室的底部进气口通过中温热交换器的高温出气口、中温热交换器、中温热交换器的低温进气口、低温热交换器的高温出气口、低温热交换器、低温热交换器的低温进气口与外界空气连通，燃烧室的顶部出气口通过高温热交换器的高温进气口、高温热交换器、高温热交换器的低温出气口、低温热交换器的第二高温进气口、低温热交换器、低温热交换器的第二低温出气口与外界空气连通，燃具设置在燃烧室内部，小叶轮总成的主轴与大涡轮总成的主轴、减速偶合器的输入转轴互相传动连接，减速偶合器的输出转轴为机械动力输出轴。

本装置在燃具点火燃烧后，需由外部转动动力带动小叶轮总成、大涡轮总成的主轴转动启动后，才可自行转动工作。

本发明能将燃料的燃烧热能直接高效的转换成机械能，其热能/机械能的转换效率为30％～80％，加热温度越高，其热转换效率越高。其总零件数为现有内燃机总零件数的20％以下。

其高温端的材料及燃烧室的材料应用现有材料即可能实现，例如可用现有高耐温陶瓷，其耐温为1300℃～1700℃，或不锈钢等材料，即制造成本低廉，而能实现大批量生产销售的目的。

由于燃料是持续不断地燃烧，这就有可能把不希望在外面产生的污染物降低到最小限度，进而降低了环境污染，即实现完全燃烧。

它还具有燃料热利用率高、运转平稳、噪声极小、结构简单、对材料要求低、使用方便、维护费用低、成本低廉、功率/重量比很大的优点。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式由小叶轮总成1、大涡轮总成2、高温热交换器3、中温热交换器4、低温热交换器5、燃烧室6、燃具7、减速偶合器8组成；

小叶轮总成1的进气口与外界空气连通，小叶轮总成1的出气口通过高温热交换器3的低温进气口、高温热交换器3、高温热交换器3的高温出气口与大涡轮总成2的进气口连通，大涡轮总成2的出气口通过中温热交换器4的高温进气口、中温热交换器4、中温热交换器4的低温出气口、低温热交换器5的第一高温进气口、低温热交换器5、低温热交换器5的第一低温出气口与外界空气连通，燃烧室6的底部进气口通过中温热交换器4的高温出气口、中温热交换器4、中温热交换器4的低温进气口、低温热交换器5的高温出气口、低温热交换器5、低温热交换器5的低温进气口与外界空气连通，燃烧室6的顶部出气口通过高温热交换器3的高温进气口、高温热交换器3、高温热交换器3的低温出气口、低温热交换器5的第二高温进气口、低温热交换器5、低温热交换器5的第二低温出气口与外界空气连通，燃具7设置在燃烧室6内部，小叶轮总成1的主轴与大涡轮总成2的主轴、减速偶合器8的输入转轴互相传动连接，减速偶合器8的输出转轴为机械动力输出轴。

本装置在燃具7点火燃烧后，需由外部动力带动小叶轮总成1、大涡轮总成2的主轴旋转启动后，才可自行转动工作。

小叶轮总成1与大涡轮总成2的功率比为1∶2至1∶6(根据材料的耐温程度，决定加热温度而定，按气体热学定理的气体受热膨胀比例计算)。

所述高温热交换器3、中温热交换器4、低温热交换器5选用逆流式换热方式的热交换器，逆流式换热方式的热交换器结构形式为圆桶式或平板式等。其材料选用耐高温不锈钢、铍铜、陶瓷、石棉等耐高温材料制成。

小叶轮总成1、大涡轮总成2可选用现有涡轮增压器的部件修改组装而成；其轴的润滑方式也可选用现有涡轮增压器的液体轴承。

燃具7所使用的燃料可选气体、液体或固体，具体燃料可选汽油、柴油、酒精、甲醇、液化汽、天然气、煤气或混合型液态燃料等。

本装置的发热部分都应处在保温绝热的壳体中，以防止热量的散失。

工作原理：燃烧室6内的燃具7点火燃烧后，燃烧室6内的高温热气将流经高温热交换器3，当外部动力拖动小叶轮总成1、大涡轮总成2的主轴旋转后，小叶轮总成1将外界空气吸入并压缩，所述压缩空气通过高温热交换器3时，被加热并膨胀，视加热的温度而定，其膨胀2至6倍(根据材料的耐温程度，决定加热温度而定，按气体热学定理的气体受热膨胀比例计算)，然后进入到大涡轮总成2的进气口，并推动大涡轮总成2高速旋转，同时大涡轮总成2的主轴将带动小叶轮总成1同步高速旋转，这时外部拖动力脱离；只要热源不断提供高温热能，小叶轮总成1、大涡轮总成2将高速旋转下去。大涡轮总成2将剩余机械功通过减速偶合器8向外输出。燃烧室6内的高温气体流经高温热交换器3后，其气体的温度还很高，所以再流经低温热交换器5时，会将这些热能交换给燃烧室6进气口进入的空气中，实现燃烧室6最终排气温度接近于外界常温。大涡轮总成2的出气口流出的气体的温度还会很高，其高温气体在流经中温热交换器4、低温热交换器5时，其热能将交换给给燃烧室6进气口进入的空气中。实现高效回热，而进一步的提高热能利用率，使本装置的整体热能转换机械能的效率达到30％～80％。

Claims (3)

1.高效高温型内外混燃气轮机，其特征在于它由小叶轮总成(1)、大涡轮总成(2)、高温热交换器(3)、中温热交换器(4)、低温热交换器(5)、燃烧室(6)、燃具(7)、减速偶合器(8)组成；

小叶轮总成(1)的进气口与外界空气连通，小叶轮总成(1)的出气口通过高温热交换器(3)的低温进气口、高温热交换器(3)、高温热交换器(3)的高温出气口与大涡轮总成(2)的进气口连通，大涡轮总成(2)的出气口通过中温热交换器(4)的高温进气口、中温热交换器(4)、中温热交换器(4)的低温出气口、低温热交换器(5)的第一高温进气口、低温热交换器(5)、低温热交换器(5)的第一低温出气口与外界空气连通，燃烧室(6)的底部进气口通过中温热交换器(4)的高温出气口、中温热交换器(4)、中温热交换器(4)的低温进气口、低温热交换器(5)的高温出气口、低温热交换器(5)、低温热交换器(5)的低温进气口与外界空气连通，燃烧室(6)的顶部出气口通过高温热交换器(3)的高温进气口、高温热交换器(3)、高温热交换器(3)的低温出气口、低温热交换器(5)的第二高温进气口、低温热交换器(5)、低温热交换器(5)的第二低温出气口与外界空气连通，燃具(7)设置在燃烧室(6)内部，小叶轮总成(1)的主轴与大涡轮总成(2)的主轴、减速偶合器(8)的输入转轴互相传动连接，减速偶合器(8)的输出转轴为机械动力输出轴。

2.根据权利要求1所述的高效高温型内外混燃气轮机，其特征在于所述小叶轮总成(1)与大涡轮总成(2)的功率比为1∶2至1∶6。

3.根据权利要求1所述的高效高温型内外混燃气轮机，其特征在于所述高温热交换器(3)、中温热交换器(4)、低温热交换器(5)选用逆流式换热方式的热交换器，逆流式换热方式的热交换器结构形式为圆桶式或平板式。

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