CN104847418B - 微燃热电联供装置 - Google Patents

Abstract

微燃热电联供装置。采用涡轮式燃烧器、动力涡轮机和电机，利用燃烧器涡轮自转带动启动发电机、燃烧器热气流推动动力涡轮带动发电机提供电源；燃烧室、火焰导管和涡壳外设有水套与散热器连接提供采暖热源；水套的出水/汽口还可与集汽缸连通，集汽缸的喷气嘴设于动力涡轮的叶片的切向角度；在涡轮式燃烧器的热气流作用之外，进一步为动力涡轮提供了辅助动力，热气流和热蒸汽双介质共同作用于动力涡轮提高了能源的利用率。可用于相对狭小或封闭的空间内，如作为坦克或装甲车内的加温发电装置等；也可以独立作为发电、取暖设备使用，用于野外宿营、岛屿、边防哨所等；可变向尾喷口方向调整到垂直向上时，可用于炊事。结构简单，生产成本低，有推广价值。

Description

微燃热电联供装置

技术领域

本发明涉及一种或提供电源和热源的辅助能源装置，具体是以涡轮式燃烧器为微燃机、具有发电和供热功能的装置。

背景技术

目前，烧器是由电动风机、燃烧室、点火器等组成，国内外的其它燃油、燃气燃烧器基本上都是需要耗电的，而本身并不发电，工作用电要靠外部电源提供，其中，燃烧器风机需要耗电几千瓦到几十千瓦不等，包含了风机、旋流板、燃烧室、点火器等。航空微型涡轮喷气发动机本体虽然就是一个燃烧器，但它的启动主要采用专用的启动电动机，由于造价较高，又无其它功能，所以，一直没有广泛地应用在其他领域。

另外，涡轮增压器有史以来一直是作为发动的附机生产的，是一种精密机加工产品，加工精度高，人们都认为就是附机，所以一直没应用到主机位置，没有广泛地应用在其他领域。

就是改造后的航空微型涡轮喷气发动机和发动机涡轮增压器，经改造作为燃烧器用于锅炉、炉窑、化工加热、直燃制冷机组、也可用在应急发电、采暖时独立使用。

中国专利ZL 2011 20318163.6《可再生电能的涡轮燃烧器》，虽然能利用较充分但也让仍有如下不足之处：航空微型涡轮喷气发动机和发动机涡轮增压器结构空间狭小内部无法配置更大功率的发电机，约束了装置的性能发挥，上述专利尾管不能调整没有炊事功能，降低了实用性。

发明的内容

针对上述存在的问题，本发明公开了一种微燃热电联供装置，采用航空微型涡轮喷气发动机和发动机涡轮增压器改造为涡轮式微燃烧器、加装动力涡轮机和发电机的方式，旨在提供一种制作简单、运行可靠、提高能效、兼有供热和发电功能的热电联供装置，为相对狭小空间内或野外作业提供热源和电源。

本发明采用如下的技术方案：

一种微燃热电联供装置，包括含有压气机、燃烧室、微燃机涡轮、转轴的 涡轮式燃烧器和启动发电机，启动发电机的永磁转子、定子线圈与压气机叶轮以转轴为轴同轴安装，启动发电机的永磁转子随转轴转动，启动发电机的定子线圈固定在压气机壳体上；另外，该装置还包括动力涡轮机和发电机，涡轮式燃烧器的出气口与动力涡轮机的进气口连通，发电机的永磁转子和定子线圈与动力涡轮机的动力涡轮同轴安装，发电机的永磁转子随动力涡轮的转轴转动，发电机的定子线圈固定在动力涡轮机的机壳上。

在上述方案的基础上，进一步地，

涡轮式燃烧器的燃烧室和微燃机涡轮进气口通过火焰导管连通，燃烧室、火焰导管和微燃机涡轮的涡壳外均设有水套；动力涡轮的涡壳外出设有水套，动力涡轮为外壳带有水套增压器涡轮：燃烧室、火焰导管、微燃机涡轮的涡壳外和动力涡轮的涡壳外水套相互连通，各部件的水套通过管路连通，水套设有进水口和出水/汽口，水套的进水口和出水/汽口与散热器连接，该装置即构成了供暖系统的热源。

该装置还可包括集汽缸，水套的出水/汽口与集汽缸连通；水套中产生的热蒸汽进入到集汽缸中；集汽缸的喷汽嘴设于动力涡轮叶片的切向角度和/或微燃机涡轮的切向角度；利用集汽缸稳压功能，将喷气嘴喷出的热蒸汽直接作用于动力涡轮和/或微燃机涡轮，进一步为动力涡轮和微燃机涡轮提供了辅助动力。

所述火焰导管为波纹导管。

涡轮式燃烧器和动力涡轮的转轴采用油浮式轴承。

所述启动发电机和/或发电机为柱式结构电机或盘式结构电机。

所述启动发电机为盘式结构电机，启动发电机的永磁转子也可以是导磁体，固定在压气机叶轮的内侧随转轴转动，启动发电机的定子线圈固定在与压气机叶轮内侧对应的压气机壳体上，所述定子线圈内侧压气机壳体设有另一个转子，可以是永磁转子也可以是导磁体与叶轮、轴同时转动。

所述启动发电机为柱式结构电机，启动发电机安装于压气机进气口处。

所述燃烧室为微型涡喷环形燃烧室或电控直喷电子点火，并设有遥控装置。

所述动力涡轮机的出口处装有可变向尾喷口。可变向尾喷口可以转动改变方向，尤其可以将尾喷口的方向调整到垂直向上。

所述涡轮式燃烧器的出气口与动力涡轮机的进气口是通过气流导管连通，所述气流导管与涡轮式燃烧器的出气口和/或动力涡轮机的进气口的连接方式为 卡箍连接；动力涡轮的水套与微燃机涡轮的涡壳外水套连接方式为卡箍连接。动力涡轮机可以方便地拆卸和安装、并可以独立使用。

所述的柱式结构电机，是指永磁转子及定子线圈为圆柱式，永磁转子被定子线圈包围；所述的盘式结构电机，是指永磁转子及定子线圈为圆盘式，定子线圈的一侧或两侧有永磁转子。定子线圈两侧均可以布置导磁体和永磁体。

该微燃热电联供装置的压气机叶轮和微燃机涡轮同轴一起转动，启动时，由启动发电机提供启动时的动力，带动压气机叶轮和微燃机涡轮转动，启动后，燃烧室产生的火焰和热气流推动微燃机涡轮转动带动启动发电机永磁转子转动，此时，启动电机启动后自动转换为辅助发电设备而发电供本体装置使用同时也与动力涡轮带动的发电机一同发电对外提供电源。

本装置拆除动力涡轮既可以独立使用也更轻便，加上动力涡轮即可以提供更大的电力输出、涡壳水套又可以提供更大的热量输出。由于结构简单、可采用现有产品发动机废气涡轮增压器或微型涡喷发动机改制、生产成熟、产品本降低，又具有发电、供热的功能，提高了能效，应用面广微燃热电联供装置用于锅炉、炉窑、化工加热、直燃制冷机组、也可用在应急发电、采暖时独立使用。

尤其是流动的营房、边防哨所、岛屿使用既解决电力问题又解决了供暖问题，将尾喷管调置向上炊事班可以在热电联供的同时炒菜做饭或供给蒸发式海水淡化设备，结合使用中国专利ZL2014 2 0224106.5《一体化热电淡水联产联供系统》，即成为阶梯式能源利用。

更重要的是可以取代现在使用的装甲车辆的现有加温锅，现有装甲车辆的加温锅不仅不发电而且自耗电很大接近千瓦(风机170W水泵油泵一体化电机650W，工作电压24V，那么工作电流：820W除以24V需要34.16A的电流，那么150AH的蓄电池除以34.16A最多只能保温潜伏待命4.39小时)，在高寒地区执行任务或待命时，仅靠车载蓄电池供实际可用时间约3小时多，超时电耗尽，虽然发动机尚有温度，再已经没有电力启动发动机了，失去战斗力。

在全球安全指数下降到极度、党中央号召我们军民融合、我们做为中国公民有责任为保卫国防做出贡献。由于启动时是需要最强大的电流的，所以保持车载蓄电池的供电能力，可以大大提高战场生存能力。本装置不仅不耗电而且还可以供电给蓄电池同时充电，使蓄电池始终保持电力充沛随时待命启动，并 且可以给通讯更大的电力，使雷达功率更大、探的更远、提前预警，所以说述本微燃热电联供装置有重要的推广价值。

附图说明

图1是实施例1的剖视示意图；

图2是实施例2的剖视示意图；

图3是实施例3的剖视示意图；

图4是实施例3的剖视示意图；

图中标记分别表示：

1-压气机，12-压气机叶轮，13-微燃机涡轮，14-气流导管，15-润滑油入口，16-润滑油出口，

2-燃烧室，3-启动发电机，4-转轴，5-波纹导管，

6-水套，61水套的进水口，62水套的出水/汽口，

7-动力涡轮机，71-可变向尾喷口，73-动力涡轮，

8-发电机，9-集汽缸，91-集汽缸的喷汽嘴，92-两位三通阀。

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施例，对本发明作进一步的说明。

实施例1

可用于相对狭小或封闭的空间内，作为热源和电源，如作为坦克或装甲车内的加温发电装置使用。

如附图1所示，在现有的汽车用发动机的涡轮增压器基础上改造，由此构成本实施例的压气机和微燃机涡轮；在压气机1和微燃机涡轮13间设有燃烧室2，将压气机出口与燃烧室连通，通过火焰导管5再将燃烧室热气流出口与微燃机涡轮进气口连通，即成为本实施例的涡轮式燃烧器；利用去掉压气机叶轮及其外壳的另一个轮涡轮增压器，作为本装置的动力涡轮机7；在动力涡轮的转轴上安装发电机；涡轮式燃烧器的热气流出口与动力涡轮机的进气口通过气流导管14连通；气流导管与涡轮式燃烧器的热气流出口和/或动力涡轮机的进气口，采用卡箍方式连接，方便拆卸，当使用较小功率时，不安装动力涡轮机和发电机，当使用较大功率时，再安装动力涡轮机和发电机，这样可以使得本装置的 性能得到进一步的发挥，也可节约的占用空间，使得本装置能适应更多的环境要求。

启动发电机3安装于压气机进气口处，其永磁转子固定在转轴4上，油浮式轴承由涡轮增压器的中间体的润滑油入口15、润滑油出口16提供润滑油液；为转轴4和高速旋转的启动发电机3提供稳定的环境。

利用微燃机涡轮13涡壳外的水套、动力涡轮机7涡壳外的水套，并在燃烧室外、火焰导管外设水套，各部件的水套通过管路连通，水套6设有进水口61和出水/汽口62；水套的进水口和出水/汽口与散热器连接，即可为周围环境提供采暖热源；其中动力涡轮机7涡壳外的水套采用卡箍方式连接，方便拆卸。

火焰导管采用波纹导管5，提高与水套中水的换热效率。

将柱式结构的启动发电机3安装在压气机的进气口处；启动发电机的柱式永磁转子固定于叶轮12转轴上，用锁紧螺母紧固；启动发电机的柱筒式定子线圈固定到压气机的外壳上，且定子线圈两侧均可布置永磁体或导磁体。

发电机8采用盘式结构的电机，盘式定子线圈与动力涡轮机涡壳固定，定子线圈两侧均设有盘式永磁转子；永磁转子与转轴用紧固螺母固定，在动力涡轮73的带动下随转轴转动。

在低温环境中，本实施例，最为适合在装甲车或坦克车内使用，较现有的加温锅体积大为缩小，节约了有限的车内空间；同时，在装甲车或坦克车发动机不启动、不使用车内储备电源的情况下，不仅可以提供热源，还可以为车内提供小功率电源，大大节约了主机启动时消耗车载燃料，提高主发动机使用寿命，而且主发动机折损每小时接近一万元，低速使用时是正常工作磨损的3倍，提高了车辆的续航里程，能源利用效率更高。

更重要的是可以取代现在使用的装甲车辆的现有加温锅，现有装甲车辆的加温锅不仅不发电而且自耗电很大接近千瓦(风机170W水泵油泵一体化电机650W，工作电压24V，那么工作电流820W除以24V需要34.16A的电流，那么150AH的蓄电池除以34.16A最多只能保温潜伏待命4.39小时)，在高寒地区执行任务或待命时靠车载蓄电池供实际可用时间也就3小时一下，再多1小时电耗尽虽然发动机尚有温度再已经没有电力启动发动机了，失去战斗力，而且启动时是需要最强大的电流的，结果就是让我们的子弟兵白白等死，提前启动会暴漏目标遭到打击不用说还会打乱整个作战计划，这就是邱少云牺牲自己的战 略意义。

实施例2

为高效双介质循环热电联供装置。在野外作业时，可作为热源和电源使用，提供采暖、电源，还作为炊事热源作用。

如附图2所示，基本构造与实施例1相同。

集汽缸具有收集和稳定水汽压力的功能，水套出水/汽口连接于集汽缸9，集汽缸的喷气嘴91通过两位三通阀92设于动力涡轮的叶片的切向角度和微燃机涡轮的叶片的切向角度；水套中产生的热蒸汽进入到集汽缸中；利用集汽缸稳压功能，喷气嘴91喷出的热蒸汽直接作用于动力涡轮73和微燃机涡轮13，在涡轮式燃烧器的热气流作用之外，进一步为动力涡轮和微燃机涡轮提供了辅助动力，热气流和热蒸汽双介质共同作用于动力涡轮和微燃机涡轮，提高了能源的利用率。

发电机8采用柱式结构的电机，柱式定子线圈与动力涡轮机涡壳固定，定子线圈包围柱式永磁转子；永磁转子与转轴用紧固螺母固定，在动力涡轮的带动下随转轴转动。当然了也可以采用盘式电机，多组盘式定子线圈与盘式永磁转子交叉排列，提供更大的发电功率。

在动力涡轮机的尾气出口处装有可变向尾喷口71。可变向尾喷口可以转动改变方向，尤其可以将尾喷口的方向调整到垂直向上。

其他部件和构造与实施例1相同。

本实施例，较为适合于野外作业时使用，不仅提供采暖、发电，还在于将尾喷口的方向调整到垂直向上时，即可以作为炊事热源，用于做饭、烧水等。集多种功能于一体，提高能源利用率。

实施例3

如附图3所示，发电机采用柱式电机，其他与在实施例1的相同，进一步不加动力涡轮，只加一个筒形水套来增大换热面积，提高供热量。

实施例4

如附图4所示，启动发电机采用隐式盘式电机。

启动发电机的盘式永磁转子固定在压气机叶轮的内侧随转轴转动，叶轮内 侧设有与启动发电机永磁转子形状相适应的凹槽，所述永磁转子置于凹槽嵌入叶轮内；启动发电机的盘式定子线圈固定在与压气机叶轮内侧对应的压气机壳体内，压气机壳体设有与定子线圈形状相适应的凹槽，所述定子线圈置于凹槽嵌入压气机壳体。

集汽缸的喷气嘴91设于微燃机涡轮的叶片的切向角度；水套中产生的热蒸汽进入到集汽缸中；利用集汽缸稳压功能，喷气嘴91喷出的热蒸汽直接作用于微燃机涡轮，在涡轮式燃烧器的热气流作用之外，进一步为微燃机涡轮提供了辅助动力。

其他与在实施例2的相同。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非因此局限本发明的专利范围，故凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种微燃热电联供装置，包括含有压气机、燃烧室、微燃机涡轮、转轴的涡轮式燃烧器和启动发电机，启动发电机的永磁转子、定子线圈与压气机叶轮以转轴为轴同轴安装，启动发电机的永磁转子随转轴转动，启动发电机的定子线圈固定在压气机壳体上，其特征在于，还包括动力涡轮机和发电机，涡轮式燃烧器的出气口与动力涡轮机的进气口为卡箍连通，发电机的永磁转子和定子线圈与动力涡轮机的动力涡轮同轴安装，发电机的永磁转子随动力涡轮的转轴转动，发电机的定子线圈固定在动力涡轮机的机壳上。

2.根据权利要求1所述微燃热电联供装置，其特征在于，所述涡轮式燃烧器的燃烧室和微燃机涡轮进气口通过火焰导管连通，燃烧室、火焰导管和微燃机涡轮的涡壳外有水套；所述动力涡轮的涡壳外有水套；燃烧室、火焰导管、微燃机涡轮的涡壳外和动力涡轮的涡壳外的水套相互连通，水套设有进水口和出水/汽口。

3.根据权利要求2所述微燃热电联供装置，其特征在于，还包括集汽缸，水套的出水/汽口与集汽缸连通，集汽缸的喷汽嘴设于动力涡轮和/或微燃机涡轮的叶片的切向角度。

4.根据权利要求2或3所述微燃热电联供装置，其特征在于，所述火焰导管为波纹导管。

5.根据权利要求1或2或3所述微燃热电联供装置，其特征在于，涡轮式燃烧器和动力涡轮的转轴采用油浮式轴承。

6.根据权利要求1或2或3所述微燃热电联供装置，其特征在于，所述启动发电机或发电机为柱式结构电机或盘式结构电机。

7.根据权利要求6所述微燃热电联供装置，其特征在于，所述启动发电机为盘式结构电机，启动发电机的永磁转子固定在压气机叶轮的内侧随转轴转动，所述叶轮内侧设有与启动发电机永磁转子形状相适应的凹槽，所述永磁转子置于凹槽嵌入叶轮内；启动发电机的定子线圈固定在与压气机叶轮内侧对应的压气机壳体内，所述与压气机叶轮内侧对应的压气机壳体设有与启动发电机定子线圈形状相适应的凹槽，所述定子线圈置于凹槽嵌入压气机壳体。

8.根据权利要求1或2或3所述微燃热电联供装置，其特征在于，所述燃烧室为微型涡喷环形燃烧室或电控直喷电子点火，并设有遥控装置。

9.根据权利要求1或2或3所述微燃热电联供装置，其特征在于，所述动力涡轮机的出口处装有可变向尾喷口。

10.根据权利要求2或3所述微燃热电联供装置，其特征在于，所述涡轮式燃烧器的出气口与动力涡轮机的进气口是通过气流导管连通，所述气流导管与涡轮式燃烧器的出气口和/或动力涡轮机的进气口的连接方式为卡箍连接；动力涡轮的水套与微燃机涡轮的涡壳外水套连接方式为卡箍连接。