CN105201560A - 环形边界层气体涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了环形边界层气体涡轮机，这种设备包括燃烧环形室以及出口，所述燃烧环形室用于在其中接收燃烧引起的离心力以使得位于其中的流体连续燃烧，所述出口用于来自所述燃烧环形室的排放物。

Description

环形边界层气体涡轮机

本申请是申请号为200980142490.6，申请日为2009年10月29日，发明名称为“环形边界层气体涡轮机”的中国专利申请的分案申请。

本申请要求2008年10月30日提交的序列号为61/109,660的美国临时专利申请的申请日的权益，该申请所公开的内容合并于此作为参考。

技术领域

本文公开的本发明的实施方案非限制性地涉及涡轮机以及发电的方法。

背景技术

现有技术中的涡轮机和发电机利用边界层效应来发电，例如在美国专利No.1,061,206(Tesla)以及No.7,341,424(Dial)中公开的那样，这样的涡轮机和发电机存在的问题是动力输出和效率受到限制。

根据Tesla的教导的现有技术的涡轮机和发电机未能利用Tesla设计的简单性来产生最大化的动力输出，在本领域存在对于改进涡轮机和发电机的需求。

发明内容

通过提供围绕圆盘组件的圆周延伸的燃烧室，一种相对简单的构造就能产生相当高的效率和相当大的动力输出。这种配置使得空气和燃料能够围绕燃烧室直接混合，以保证燃料的完全燃烧。这使得空气和燃料能够围绕燃烧室在圆周方向上的多个位置进行混合，从而通过允许更多燃料以有效方式进行消耗以及通过对燃烧产物施加更大的旋转运动而增大动力输出。

通过使得空气和燃料以相切方向进入燃烧室，由于施加在围绕燃烧室旋转的燃料和空气上的离心力的作用，燃料的燃烧能够遏制在燃烧室的外周边周围。离心力保证了在被排放以进行燃料的最优利用之前，燃烧产物在克服来自圆盘组件的离心力和向外压力之前基本上完全反应。

通过捕获涡轮机之外的空气并且使其能够基本上旋转地下落穿过形成于空气入口和燃烧室之间的厚度，可以在燃烧室的外周边周围以垂直于其初始方向的方式提供空气，从而仿效了燃烧室中的旋转流动。

附图说明

图1示出了根据本发明的示例性实施方案的燃烧涡轮机。

图2示出了根据本发明的示例性实施方案的燃烧涡轮机的剖面图。

图3示出了根据本发明的示例性实施方案的喷嘴环和圆盘组件的剖面图。

图4示出了根据本发明的示例性实施方案的喷嘴环和圆盘组件的剖面图。

图5A至图5B示出了根据本发明的示例性实施方案的空气喷嘴。

图6示出了根据本发明的示例性实施方案的空气喷嘴和燃烧室的剖面图。

图7A至图7B示出了根据本发明的空气喷嘴和燃烧室的其它示例性实施方案。

在附图中，在不同的图中相似的附图标记表示对应的部件。

具体实施方式

图1示出了涡轮机100，该涡轮机100可以包括燃烧外壳10、喷嘴环30以及圆盘组件50。圆盘组件50支持驱动轴60，从而使得驱动轴60承受圆盘组件50的旋转。圆盘组件50经由驱动轴60将动力输出从涡轮机100之内传递至另一设备(例如，发电机或泵)。涡轮机轴线61位于驱动轴60的面的几何中心。涡轮机轴线沿着轴60在纵向方向上延伸。

燃烧外壳10在其中承载燃烧室3，该燃烧室3位于涡轮机轴线61周围，并且燃烧过的流体穿过该燃烧室从而经由轴60而发电。燃烧外壳10具有外侧表面1和内侧表面2。根据本发明的示例性实施方案，燃烧外壳10可以由能够承受高热应力和热冲击的任何材料(例如但不限于，氧化铝、石墨、碳化硅(SiC)等等)通过已知的加工和/或模制工艺进行制造或设计。可替代地，对于较小型的应用，本发明的这个示例性实施方案可以由不锈钢通过已知的加工和/或模制工艺进行制造或设计。然而，本领域技术人员将会认识到，用于形成涡轮机100的燃烧外壳10的材料对于本发明而言不是最关键的，并且可以包括服务于在根据本发明的各个实施方案中列举的目的的任何材料或其组合物。

根据在图1中示出的本发明的示例性实施方案，内侧表面2可以基本上包围燃烧室3。在本发明的另一个示例性实施方案中，内侧表面2可以产生环形燃烧室3。在又一个示例性实施方案中，内侧表面2可以产生环形燃烧室3，该燃烧室3的横截面基本上是圆整的(例如，圆形或椭圆形或具有圆整边缘的任何其它形状)。在另一个示例性实施方案中，内侧表面2可以包围喷嘴环30、圆盘组件50和/或驱动轴60。根据本发明的另一个示例性实施方案，内侧表面2可以基本上与涡轮机100的内部部分接触。本领域技术人员还会认识到，可以存在于燃烧外壳10之内的那些零件可以基本上与燃烧外壳10的内侧表面2接触。

燃烧外壳10包含布置在燃烧外壳壁之内的开口6和7，该燃烧外壳壁由表面1和2限定。燃料和空气可以分别通过开口6和7流动进入通道4和5。在本发明的一个示例性实施方案中，燃料通道4和空气通道5可以通过任何构造放置在燃烧外壳10周围，从燃烧外壳壁之内提供燃料和空气进入燃烧室3。根据在图1中记载的本发明的示例性实施方案，燃料和空气通道4和5可以沿着圆周方向位于涡轮机轴线61周围。在图1中的本发明的进一步示例性实施方案中，燃料和空气通道4和5可以交替围绕燃烧外壳10的圆周进行放置。本领域技术人员可以认识到，根据涡轮机100的所需操作，围绕燃烧外壳10和燃烧室3，燃料和空气通道4和5还有很多其它可替代构造。在根据图1的本发明的示例性实施方案中，燃料和空气通道4和5可以通过多种流动形态提供它们各自的流体，这些流动形态有助于混合物在燃烧室3中进行燃烧。可替代地，燃料和空气通道4和5可以通过多种流动形态提供它们各自的流体，这些流动形态最终将会增大源自这些流体与圆盘组件50的相互作用的传递至驱动轴60的动力。

现在将参考图2对燃烧外壳10和燃烧室3进行进一步描述。

再次参考图1，在本发明的一个示例性实施方案中，喷嘴环30布置在燃烧室3和圆盘组件50之间。喷嘴环30由远端表面31、近端表面32以及多个燃烧流体(“CF”)喷嘴33形成。每个CF喷嘴33形成在远端空间40和近端空间41之间。远端表面31基本上包围未被内表面2包围的燃烧室3的剩余部分。未被内表面2或远端表面31包围的燃烧室3的这些部分可以穿过其各自的远端空间40穿过多个CF喷嘴33的任何一个而提供燃烧流体。在根据本发明的示例性实施方案中，来自燃烧室3的燃烧流体在其各自的远端空间40进入多个CF喷嘴33的任何一个，并且经由其各自的近端空间41离开。

在根据本发明的示例性实施方案中，喷嘴环30可以与燃烧外壳10整体形成，从而基本上形成包围燃烧室3的表面。根据该实施方案，包围燃烧室3的表面可以包括内表面2、远端表面31以及限定CF喷嘴33的壁。根据该示例性实施方案，可以通过任意数量的多个CF喷嘴33来实现流体从燃烧室3流至圆盘组件50。

在根据本发明的另一个实施方案中，喷嘴环30是涡轮机100的独立零件，与燃烧外壳10分离并分开。本领域技术人员将会认识到，喷嘴环30与燃烧外壳10整体形成能够影响上文描述的相同燃烧室3的定性。此外，本领域技术人员还会认识到，喷嘴环30与燃烧外壳10分离并不会导致实质上背离本文列举的本发明的各种实施方案的目的。

根据本发明的示例性实施方案，喷嘴环30可以由承受高热应力和热冲击的任何材料(例如，SiC、不锈钢等等)进行设计。根据本发明的该特别实施方案选择的材料使得喷嘴环30特别适合于获得高温并且允许燃烧流体与其接触从而进一步燃烧。

根据在图1中示出的本发明的示例性实施方案，圆盘组件50处于喷嘴环30之内。圆盘组件50包含多个圆盘52，其直径和厚度以及圆盘间距导致在通过流体而在流体之内旋转时，边界层效应使得流体能够进一步移动穿过圆盘组件50，从而使得圆盘组件50旋转。板之间的间距典型地选择为直接与流体粘度成比例，从而实现需要的边界层效应。每个圆盘52可以通过多个辐条54连接至轴支架58。可替代地，圆盘组件50可以通过多个辐条54连附至驱动轴60。根据本发明的示例性实施方案，圆盘组件50的旋转可以使得驱动轴60围绕涡轮机轴线61旋转，从而产生动力。根据本发明的另一个示例性实施方案，燃烧流体流动穿过圆盘组件50并越过任意数量的多个圆盘52，从而在燃烧流体流动的方向上驱动驱动轴60。在轴支架58处，驱动轴60可以整体连附至圆盘组件50。在根据本发明的另一实施方案中，圆盘组件50可以使用轴支架58来在由穿过其圆盘52的燃烧流体引起的旋转和驱动轴60之间建立联系。

根据在图1至图3中示出的本发明的实施方案，排放物70(在由图2和图3示出的本发明的示例性实施方案中记载)穿过多个圆盘组件出口56的任意一个在纵向在沿着涡轮机轴线的方向上离开圆盘组件50，多个圆盘组件出口56由圆盘组件50的辐条54的布置形成。根据本发明的实施方案，在涡轮机出口8处离开涡轮机100的排放物70可以是在燃烧流体和燃烧室3、喷嘴环30以及圆盘组件50之间发生的多处燃烧的产物。在本发明的另一个实施方案中，离开涡轮机100的排放物70可以是在燃烧室3以及喷嘴环30和圆盘组件50的任意一个之内出现的燃烧的产物。在本发明的又一个实施方案中，通过涡轮机出口8离开涡轮机100的排放物70是由于燃烧室3之内的燃烧流体的基本上完全燃烧而产生的。

在另一个示例性实施方案中，燃烧室3之内的燃烧流体可以通过由圆盘组件50的旋转产生的增大的压力而接收离心力。根据该实施方案的一种操作，由圆盘组件50的旋转而产生的离心力在喷嘴环30之下产生增大的压力。在喷嘴环30之下的增大的压力可以作用在燃烧室3之内的燃烧流体上，使得燃烧室3之内的燃烧流体能够燃烧更长时间。根据该实施方案的另一种操作，圆盘组件50的旋转使得燃烧室3中的燃烧流体朝向内表面2和/或限定了任意数量的多个CF喷嘴33的壁而从涡轮机轴线61向远端移动。这使得燃烧室3之内和/或喷嘴环30之内的燃烧流体能够进一步燃烧，从而在涡轮机100之内实现基本上反应过的产物。在根据本发明的这些实施方案的这种反应之后，基本上反应过的产物作为排放物70从涡轮机100离开。

参考上文描述的根据本发明的示例性实施方案，圆盘组件50的旋转可以迫使燃烧流体与喷嘴环30的近端表面32接触，从而使得位于近端表面32和圆盘52的边缘之间以及附近的燃烧流体能够进行进一步燃烧反应。

图2记载了根据本发明的涡轮机100的侧视图的示例性实施方案。在燃烧外壳10之内，燃烧室3通过两个截面3A和3B的形式示出。在燃烧室3A之内有画圈的符号“●”，而燃烧室3B包含画圈的符号“X”。根据本发明的实施方案的这种以及进一步图示，画圈的“●”代表流体流出页面，而画圈的“X”代表流体流入页面。对应地，燃烧室截面3A和3B记载了逆时针方向的流体流动(从驱动轴60突出穿过涡轮机100的侧面观察涡轮机100)，引起驱动轴60处的相同逆时针旋转66。

在图2中记载的本发明的示例性实施方案中，涡轮机100包括燃烧外壳10，燃烧外壳10包围喷嘴环30、圆盘组件50和燃烧外壳轴孔9处的驱动轴60。轴孔9可以包括任何类型的孔，其使得燃烧外壳10之内的轴60能够进行流体旋转(例如，球轴承、磁轴承、润滑表面等等)。本领域技术人员将会认识到孔9可以具有很多设计和配置方式，以使得轴60在涡轮机100的操作过程中进行一致的、不受限制的旋转。

燃烧外壳10之内的内部工作的输出可以经由涡轮机出口8离开涡轮机100。根据本发明的一个实施方案，涡轮机出口8可以适合于连接至用于处理和放出来自涡轮机100的排放气体70的其它设备。在另一个实施方案中，涡轮机出口8可以配置用于来自涡轮机100的排放气体70的受控释放。在又一个实施方案中，涡轮机出口8的形状可以影响在排放气体70的流动点处产生的真空效果。

图2记载了根据本发明的在燃烧室截面3A和3B中混合的燃烧流体的示例性实施方案。首先参考燃烧室截面3A，燃料和空气通道4和5的每一个都分别经由通道出口72和71分别进入燃烧室3A。通道出口71/72可以是燃烧外壳的内表面2中的任何孔，来自各个通道的流体可以穿过该孔进入燃烧室3。根据本发明的这个示例性实施方案，位于燃料通道4和空气通道5中的虚线示出了在每个通道中流体的流体流动。在形成于室外壳10的表面1和2之间的壁中，每个通道4和5都分别包含开口6和7。燃料通道4的开口6可以允许燃料喷射器或者本领域技术人员已知的任何其它类型的燃料提供装置/布置进入。根据图2中的本发明的示例性实施方案，空气通道5的开口7可以允许来自燃烧外壳10之外或者本领域技术人员已知的任何其它类型的燃烧提供装置/布置之外的空气进入。

根据图2的实施方案，燃烧外壳10可以联接至空气板20。空气板20可以提供孔22用于在燃烧外壳10、圆盘组件50和空气板20的联接配置之内接收驱动轴60并使其旋转。根据本发明的一个实施方案，孔22起作用的方式类似于燃烧外壳10的孔9。可替代地，孔22可以利用空气板20之外的分离流体，以使得在其中旋转的轴60保持一致旋转。

空气板20可以通过一个或多个空气入口21接收来自于涡轮机100之外的源的空气。每个空气入口21可以将接收的空气引导进入穿过空气喷嘴25的一个或更多空气通道5的一个或更多开口7。在本发明的这个特别实施方案中，空气板20提供的空气分散进入燃烧外壳10的燃烧室3。在本发明的可替代实施方案中，空气板20可以与燃烧外壳10整体形成。在根据本发明的另一个实施方案中，空气喷嘴25可以无缝地联接至空气通道5，以产生来自空气入口21穿过出口71的流畅空气流动。

穿过空气通道5的流畅空气流动使得在空气进入燃烧室3的时候能够得到更平顺的空气流动，流体中的湍流减少。在本发明的示例性实施方案中，围绕空气板20的表面的输入空气75的离心供给(在图5B、图6和图7B中本发明的示例性实施方案中示出)允许空气入口21将湍流输入空气75提供进入空气喷嘴25，该空气喷嘴25的几何形状能够减少输入空气75的湍流，从而建立基本上与输入表面2相切的流出空气通道5的出口71的空气流动。在本发明的另一个实施方案中，输入空气75的湍流可以通过空气入口21、空气喷嘴25、空气通道5的开口7或出口71的任意一个的组合几何形状而大大减少。将参考图6以及图7A至图7B对本发明的上述实施方案的减少湍流的几何形状进行进一步讨论。

根据在图2中示出的本发明的示例性实施方案，来自其各自的燃料和空气通道4和5的开口72和71的燃料和空气流动基本上以相切方向流动进入燃烧截面3A，并且然后当它们从截面3A至截面3B流动穿过燃烧室3的圆周时混合成为可燃烧流体。在燃烧室3中的可燃烧流体的初始燃烧可以借助于来自燃烧外壳10之内的点火或加热而实现。本领域技术人员将会认识到，可燃烧流体可以通过很多种方式在燃烧室3之内进行初始点火。

按照本发明的示例性实施方案的另一种操作，燃烧外壳10可以实现足够高的温度以在其中燃烧所有可燃烧流体，并且在燃烧流体离开涡轮机100之前产生基本上反应过的产物。在这样的操作中，在燃烧外壳10中发生燃烧流体的很多连续燃烧。可替代地，燃烧流体在燃烧外壳10之内经受更长的时间暴露于燃烧工艺。

根据本发明的一个实施方案，燃烧室可以使用催化剂(例如，表面涂层)以使得在燃烧流体中进行基本上完全的燃烧反应。可替代地，另一个实施方案可以使用由涡轮机100零件的操作施加的力作为催化剂，以从燃烧流体中造成基本上反应过的产物。根据本发明的这些实施方案，在足够高的温度下，涡轮机100的部分停止燃烧流体的燃烧，并且相反地催化地将该燃烧流体转化为完全反应过的产物。在示例性实施方案中，在燃烧工艺过程中燃烧室3中的压力压制燃烧气体并且将燃烧火焰遏制在内表面2周围。燃烧室3中的压力可以通过来自旋转的圆盘52的背压而实现，该圆盘52的表现就像离心压缩机。可替代地，这些压力可以由涡流中的自转燃烧气体的离心力而实现。按照该示例性实施方案的操作，背压和离心力充当催化剂以保证燃料和燃烧的初级产物在穿过圆盘出口56和涡轮机出口8而离开之前基本上完全燃烧，以保证在能够容易维护的简单构造中实现燃烧的最优效率。

根据本发明的一个实施方案，一旦初始体积的可燃烧流体被点燃，随后燃料和空气引导进入燃烧室3，将会导致混合的流体流动的连续燃烧。在该实施方案中，分别经由燃料和空气通道4和5的燃料和空气的连续供应产生了在整个燃烧室3中的连续燃烧涡流。根据本发明的这个实施方案，在整个燃烧室3中的燃烧流体的涡流有助于该流体的完全彻底燃烧。在另一个实施方案中，一旦初始体积的可燃烧流体被点燃，圆盘组件50的旋转将会产生足够的力以推动随后的可燃烧流体体积进入与燃烧流体的可点燃接触(例如，之前点燃的可燃烧流体流动)，从而在整个燃烧室3中进行连续燃烧。根据又一个实施方案，一旦初始点燃，在燃烧室3中就会存在喷射的燃料和空气的连续燃烧，其通过燃料和空气的切向喷射进入燃烧室3而围绕涡轮机轴线61以圆周燃烧流动方向引入。由燃烧产生的膨胀气体在压力之下被迫穿过喷嘴环30中的CF喷嘴33，从而类似地围绕圆盘组件50在圆周流动方向上进行引导。

根据本发明的实施方案，由于通过圆盘组件50的圆盘52的旋转而产生的压力，可以迫使燃烧流体与内表面2接触。在本发明的该实施方案的一个方面中，燃烧流体可以经受来自圆盘组件50的离心力的压力，使其向远端移动远离涡轮机轴线61。由圆周流动产生的离心力遏制接近燃烧室的内表面2的燃料的燃烧，同时燃烧的产物螺旋向内以在圆盘52之间流动，并且随后穿过涡轮机出口8离开。特别地参考燃烧室截面3A，来自圆盘组件50的离心力的压力可以沿着与喷嘴环表面31相对的燃烧室截面3A的内表面2的远端部分推动燃烧流体。根据本发明的这个实施方案，使得燃烧流体保持与燃烧室3的远端部分接触可以允许发生进一步燃烧反应，从而允许燃烧外壳3中燃烧流体的完全彻底燃烧。通过获得来自燃烧流体的全部燃烧输出以产生圆盘组件50的旋转(因此使得驱动轴60旋转)，本发明的这个实施方案利用了涡轮机100的零件的组合操作而使得所有进入的燃料和空气进行完全燃烧。根据本发明的这个实施方案，在燃烧流体上施加的压力使得包含未完全燃烧产物的排放物70减到最少。根据本发明的上述实施方案，燃烧室3中燃烧流体的燃烧时间通过使用离心力而达到最长，从而实现了沿着任意燃烧室部分3A至3B的增大数量的燃烧情形。

本发明的另一个示例性实施方案可以包括燃烧室3的内表面2，其具有高放射性涂层，以使燃烧工艺过程中产生的辐射热集中进入燃烧室3的中心。更高的放射常数表示材料反射由对流和传导热流引起的辐射的能力。根据本发明的这个示例性实施方案，内表面2上的高放射性涂层(例如SiC或本领域技术人员已知的其它这样的涂层材料)使得辐射热能量重新集中进入燃烧室3的中心，以使得处于其中的燃烧流体进行进一步燃烧。如同涉及本发明的该示例性实施方案那样，具有高放射性涂层的额外优点在于，其延长了包括燃烧室3的材料的寿命，并且降低了在由表面1和2限定的燃烧外壳10的壁上经受的表面温度。根据本发明的另一个实施方案，高放射性也可以保护涡轮机100的其它零件(例如，当燃烧室3与喷嘴环30整体形成时的喷嘴环30，圆盘组件50的圆盘52等等)。

在根据图2的本发明的又一个示例性实施方案中，内表面2、远端表面31、近端表面32或圆盘52的热量可以使得燃烧流体在其穿过涡轮机100的行程中进一步燃烧。在本发明的该实施方案中，涡轮机100的零件的加热表面的温度可能会高到足以引起燃烧流体的连续燃烧，从而产生了不具有任何未利用的燃烧产物的排放物70。

在根据本发明的另一个实施方案中，燃烧室3的环形形状使得能够实现足够高的温度，从而一旦室已经升温并超过使所述燃料燃烧的临界温度就使得室中的任何燃料立即燃烧。内表面2的基本上圆整的环状形状可以在室3的中心具有光学焦点，从而集中从燃烧室表面辐射的红外热量，以协助燃料进一步燃烧/反应。根据本发明的其它实施方案，燃烧室3的基本圆整环形使得其中的燃烧流体能够实现高温，并且保持在燃烧室3之内暴露于这样的高温之中更长的时间周期。根据本发明的这些实施方案，燃烧室3的形状使得其中的燃烧流体进行基本上完全彻底的燃烧。

在图2示出的实施方案中，八个圆盘52定向为彼此平行，从而在轴向方向上均匀隔开的位置处垂直于涡轮机轴的涡轮机轴线61。虽然根据图2的实施方案记载了八个圆盘52，对于本发明的公开实施方案而言，任意多个圆盘52也可以是合适的。圆盘52可以通过多个紧固件固定在一起，所述紧固件延伸穿过配合孔和圆盘52，所述配合孔围绕圆盘52的周边在圆周方向上隔开并且位于间隔器的每个辐条54中。在圆盘52的周边，此处圆盘保持一种隔开的关系，合适的间隔器垫圈安装在它们之间从而在每个紧固件位置接收穿过其中的紧固件。所有的圆盘52的圆盘出口56都彼此对准，用于联通穿过其中的排放气体(参见图3)。接合本发明的上文描述的实施方案，圆盘52运转的温度非常高，从而它们的表面可能会消除其表面上的任何污物，使其保持清洁。此外，正如针对本发明的其它实施方案所提到的那样，圆盘52的高温使得来自于CF喷嘴33进入圆盘组件50的燃烧流体进一步燃烧。

参考图3，完成的燃烧流体80的燃烧可能会产生湍流流体流动。根据图3中的本发明的实施方案，湍流燃烧流体80通过喷嘴环30中的远端开口40而接收。特别注意从页面出来的喷嘴环截面(33A)，燃烧流体80穿过CF喷嘴33A的行程可能会再次将燃烧流体引导为沿切向在圆盘组件50的邻近表面上流动(类似地在燃烧室3中在流体流动的方向上)。根据图3的实施方案，一旦燃烧流体离开CF喷嘴33A的开口41，其就在圆盘52的表面上流动，在此处其可以通过流55的形式接收在圆盘52之内。根据这个实施方案，流55在离开涡轮机100时可能会经受有限的抵抗，因为穿过涡轮机出口8的排放物70的流动离开会引起真空效应。由穿过涡轮机出口8的排放物70的流动产生的真空效应可以基本上消除所有留在圆盘出口56之内的排放物70，从而使得随后的排放流70能够占据这些空间。根据本发明的实施方案，排放物70的真空效应能够实现涡轮机100的更有效的运行。

根据一个实施方案，CF喷嘴33A和33B促进了燃烧流体在圆盘组件50的特定表面区域上的切向流动。通过增大在其上接收燃烧流体的表面面积，本发明的这个实施方案实现了更高的动力输出。根据另一个实施方案，CF喷嘴33A和33B包含近端开口41，其有助于在圆盘组件50的特定表面区域上的燃烧流体的切向流动。通过控制从CF喷嘴33A和33B出来的燃烧流体的流动，近端开口41可以使得穿过喷嘴环30的流体加速，从而在圆盘组件50的圆盘52上引入更加有力的燃烧流体，从而实现了更高的动力输出。在本发明的又一个实施方案中，CF喷嘴33A和33B及其各自的远端和近端开口40和41的组合使用可以实现多种燃烧流体流动，它们实现了涡轮机100的更大的动力输出(例如，改变每一者的几何形状以产生燃烧流体的更快加速、更大切向流动，等等)。通过穿过圆盘52之间的空间的膨胀排放气体的相互作用，由CF喷嘴33的定向产生的切向方向上的气体流动起到驱动涡轮机100旋转的作用。排放气体盘旋流向圆盘52中的中心开口56，从而随后穿过燃烧室外壳10中的涡轮机出口8而排放。

参考图4，可以将涉及涡轮机100运行过程中燃烧流体的连续燃烧的本发明的实施方案并入本文中。根据本发明的示例性实施方案，完成的燃烧流体80在远端表面31处具有旋涡。然而，在该实施方案中，催化燃烧82可以在表面31、32处沿着喷嘴环30在任何位置发生，或者沿着分别由远端和近端开口40和41形成的CF喷嘴33的表面在任何位置发生。完成的燃烧流体80的催化燃烧82可以协助燃烧流体的完全彻底燃烧，同时在燃烧流体中产生进一步的湍流。根据本发明的这个实施方案，CF喷嘴33促进了完成的燃烧流体80流出近端开口41的切向流动84。与前面描述的本发明的实施方案类似，燃烧流体84(离开近端开口41)可以通过燃烧流体流55与圆盘52的表面区域86接触。根据上文描述的本发明的实施方案，通过燃烧流体流55在表面区域86上的接触，可以产生进一步的燃烧。根据本发明的示例性实施方案，通过由流55与圆盘52相互作用而引起的边界层效应，增大的圆盘52表面面积86导致产生的扭矩更大。在另一个示例性实施方案中，增大的表面面积86促进了利用流55在圆盘组件50中圆盘52周围的进一步完全燃烧。

在本发明的另一个示意性实施方案中，图5A和图5B记载了空气板20的外部空气接收表面。空气入口21存在于空气板20的外部空气接收表面上。空气入口21可以通过任何方式进行布置，以通过空气通道5接收进入涡轮机100的空气。根据本发明的实施方案，压缩空气75以圆周形式供给到空气板20上，从而使得空气入口21的放置围绕相同的圆周形成优选形式，此处这样的引入空气75将会入射到空气板20上。在本发明的另一个实施方案中，输入空气75可能包括旋涡和涡流，它们对于在空气入口21内接收输入空气75产生了障碍。根据这个实施方案，空气入口21可以通过任何布置方式放置在空气板20的外部表面上，优化了涡轮机100之内空气75的接收。

图6是根据本发明的示例性实施方案的空气板20的侧视图。如同上文描述的那样，涡轮机100之外的湍流空气75入射到空气板20上。空气板20可以通过一个或多个空气入口21接收引入空气75的多个流。箭头代表了来自引入空气75的引入空气流，流过空气喷嘴25流过开口7进入燃烧外壳10。一旦处于燃烧外壳10之内，空气流流过空气通道5经由空气通道出口71进入燃烧室3。如同前面讨论的那样，空气喷嘴25和空气通道5可以是单个导管，用于使得空气从空气入口21穿过空气板20和燃烧外壳10流至通道出口71。根据本发明的实施方案，空气喷嘴25的形状可以减少引入空气流75中的涡旋和旋涡，从而使得空气可以通过基本上与燃烧室3中的燃烧流动相切的方式离开空气喷嘴。根据本实施方案的空气喷嘴25可以是抛物线形通道或者下降螺旋形通道。可替代地，空气喷嘴25、开口7和空气通道5的相互作用可以起到减少引入空气流75中的涡旋和旋涡的作用。通过这种方式，圆周流动方向上离开开口7的空气流动的动量可以穿过空气板20进入空气通道5维持在圆周方向，从而增大从出口71进入燃烧室3的燃烧空气的所产生的圆周流动。

在一个实施方案中，空气入口21在空气板20之内包括半球状凹槽，其接收流动进入该凹槽并缓慢下降进入空气喷嘴25的空气75。空气喷嘴25、开口7和空气通道5的组合导管稍微弯曲以减少引入空气流的随机涡旋，同时还刻意产生了一个旋涡空气流动，其可以跟随燃烧室3之内的燃料和之前燃烧流体的流动。在该实施方案中，可以避免由于空气流方向的急剧改变而引起的流动损失的发生。在本发明的另一个实施方案中，空气入口21在空气板20之内包括半球状凹槽，其最底部的表面以抛物线的形式下降进入空气板20并且与空气喷嘴25结合。在该实施方案中，引入空气75可以不经受方向的急剧改变，从而避免了进入并穿过燃烧外壳10的流动损失。本领域技术人员将会认识到，还有很多其它空气入口形状和形式都可以减小进入并穿过空气喷嘴25的流动损失。可替代地，本领域技术人员将会认识到，还有很多其它空气入口形状和形式都可以减小进入并穿过燃烧外壳10的流动损失。

在另一个实施方案中，开口7成形或形成的方式可以减少进入燃烧室3的离开空气流动的湍流。本领域技术人员可以理解，开口7可以具有可以减小进入燃烧室3的空气的冲击流动的任何形状或形式。在一个示例性实施方案中，开口7可以是螺旋形斜坡，其逐渐将流动穿过空气喷嘴25的空气引入燃烧室3。

根据在图7A中记载的本发明的实施方案，呈现了彼此同心的空气板20和燃烧外壳10的分解图，涡轮机轴线61作为它们的同心中心。图7A的示例性实施方案记载了具有空气入口21A-D、凹槽97A-D、空气喷嘴25A-D以及空气通道出口71A-D的空气板20和燃烧外壳10，然而本发明的其它实施方案可以具有任意数量的前述入口、凹槽、喷嘴和出口。根据图7A，距离95表示由空气板20的外部和燃烧外壳10的内表面2形成的延长的壁。本领域技术人员可以认识到，距离95仅仅是用于观察图7A的分解图的辅助，并不意在暗示空气板20和燃烧外壳10之间的任何限制性距离。本领域技术人员可以理解，根据本发明的这些实施方案，能够允许所公开的空气喷嘴25A-D实现功能的空气板20和燃烧外壳10之间的任何距离95都是适当的。从而，壁距离95之上的虚线路径25A-D表示空气板20——燃烧外壳10壁之内的空气流通道。

在本发明的一个实施方案中，每个凹槽97A-D都表示空气板20中的凹口，其进一步朝向燃烧外壳10下降，同时输入空气75接近各个空气入口21A-D。根据一个实施方案，凹槽97A-D的直径可以等于空气入口21A-D的直径。可替代地，凹槽97A-D可以具有任意直径，只要几何形状允许接收引入空气75。在另一个实施方案中，凹槽97A-D可以部分暴露于引入空气75并且部分没入空气板20的外部空气接收表面之下。根据该实施方案，空气入口21A-D也可以没入空气板20的外部空气接收表面之下。根据本发明的各种实施方案，可以利用任意数量的凹槽97和空气入口21，以有效地流动地将随机引入空气75转移进入空气喷嘴25。

在本发明的一个实施方案中，空气喷嘴25A-D围绕涡轮机轴线61旋转，从而使得空气喷嘴的出口基本上位于另一个空气喷嘴的入口之下。根据图7A中的本发明的一个实施方案，空气喷嘴25A使得来自空气入口21A的引入空气75在71A处离开，71A基本上位于与空气入口21B相同的径向位置。在本发明的该示例性实施方案中，螺旋下降的空气喷嘴25A极大地减小了将会从开口71A离开进入燃烧室3的湍流空气75的倾向。此外，螺旋下降的空气喷嘴25A给其中的空气流动施加了一种流动形体，其基本上仿效燃烧室3内所经受的流动形态。根据上述空气通道的前面描述的实施方案，开口71A的形状可以进一步减小离开进入燃烧室3的湍流空气75的倾向。参考这些实施方案，开口71A的形状或形式可以使得在开口71A和燃烧室3的接合点处离开的空气的冲击流动最小化。在这些实施方案中，开口71A可以是进入燃烧室3的平缓螺旋形斜坡。可替代地，开口71A可以具有进入燃烧室3的抛物线形斜坡。本领域技术人员将会认识到，开口71A可以通过任何方式成形或形成，只要这种方式使得进入燃烧室3的空气的冲击流动最小化。本领域技术人员将会进一步认识到，开口71A可以通过任何方式成形或形成，只要这种方式减少进入燃烧室3的引入空气75的湍流。根据该示例性实施方案，空气喷嘴25A的螺旋下降的导管同时减少引入空气中的湍流，并且在空气流上施加一种旋涡流动，其基本上与燃烧室3之内的燃烧流动相切(也参考图6)。根据本发明的该实施方案，每个螺旋下降的空气喷嘴25A-D都构造为在空气板20的外表面和燃烧室10的内表面2之间形成的整个壁而共同存在。在根据本发明的另一个实施方案中，空气喷嘴25A-D可以形成基本上弯曲、基本上非螺旋的导管，其允许在设备中额外存在更多导管，而不会阻碍之前空气喷嘴25的流动路径。在根据本发明的另一个实施方案中，空气喷嘴25A-D可以设计为基本上安装为彼此接近，从而同时实现上文描述的所需空气流动但避免了导管干涉。

图7B进一步示出了根据本发明的示例性实施方案。如同在图7A中描述的那样，输入空气75在凹槽97A之上进入空气入口21A。在一个实施方案中，凹槽97A减少引入空气75的湍流。在另一个实施方案中，凹槽97A帮助俘获空气板20上的随机空气流。如同在图7B的实施方案中所记载的那样，进入空气入口21A的空气流动75流动穿过空气板20的壁进入燃烧外壳10。一旦处于燃烧外壳10之内，空气喷嘴25A引导空气进入空气通道5A，从而在开口71A处离开进入燃烧室3(未显示)。根据本发明的该实施方案，开口71A位于分别与空气入口和凹槽25B和97B相同的位置。根据该实施方案，空气喷嘴25A可以形成为旋转导管的任意类型，其允许输入空气在基本上与燃烧室3之内的燃烧流体流动路径相切的方向上离开。然后，燃烧空气和燃料可以围绕涡轮机组件的整个圆周在燃烧室中直接混合，此时空气和燃料在圆周燃烧流动方向上流动。

根据本发明的实施方案构造的空气板20可以通过本领域技术人员已知的很多加工工艺进行制造，例如，比如CNC加工。空气板20可以通过本领域技术人员已知的任何材料形成，其具备能够接收高温空气的温度容限，所述材料例如为碳纤维或不锈钢。

根据本发明的实施方案，包括涡轮机100的零件可以互换以及根据涡轮机100的需求而交换。由于其模块性，涡轮机100的零件可以具有互换性和交换性。根据一个实施方案，零件可以在其接合点处(例如，空气板20和燃烧外壳10之间的接合，圆盘组件50和燃烧外壳10之间的接合，等等)分离，从而根据涡轮机100的需求有效地将零件替换为和/或联接至附加零件(例如，将燃烧外壳10和圆盘组件50与第一空气板20一起使用，以产生50瓦特，以及针对不同零件去除空气板20以使用燃烧外壳10和圆盘组件50以产生500瓦特)。本领域技术人员将会认识到，本文中列举的涡轮机100零件的各个实施方案可以通过很多方式联接以维持所公开的功能性和操作。

通过参考仅仅以举例说明的方式给出的上文公开内容和前述示例性实施方案，本领域技术人员将会想到很多进一步的变化和修改形式，其并不意在限制本文描述的本发明的范围和精神。

Claims (12)

1.一种包括环形燃烧室的设备，所述环形燃烧室具有用于在所述燃烧室中产生燃烧引起的离心力以使得所述燃烧室中切向引入的流体连续燃烧的装置，所述设备还包括出口，所述出口用于来自所述环形燃烧室的排放物。

2.根据权利要求1所述的包括环形燃烧室的设备，其中所述排放物基本上是燃烧过的流体。

3.根据权利要求1所述的包括环形燃烧室的设备，进一步包括在径向连接至轴的多个隔开的圆盘，所述轴穿过所述多个圆盘的中心，所述多个隔开的圆盘在径向连接至所述轴并且位于所述环形燃烧室和用于排放物的所述出口之间。

4.根据权利要求3所述的包括环形燃烧室的设备，其中所述环形燃烧室和所述多个隔开的圆盘是同心的。

5.根据权利要求1所述的包括环形燃烧室的设备，其中所述环形燃烧室是环面。

6.根据权利要求2所述的包括环形燃烧室的设备，其中所述环形燃烧室为环面。

7.根据权利要求3所述的包括环形燃烧室的设备，其中所述环形燃烧室为环面。

8.根据权利要求5所述的包括环形燃烧室的设备，进一步包括联接至燃烧室的至少一个板，所述板在其表面上具有至少一个盘旋通道。

9.根据权利要求3所述的包括环形燃烧室的设备，进一步包括联接至燃烧室的至少一个板，所述板在其表面上具有至少一个盘旋通道。

10.根据权利要求1所述的包括环形燃烧室的设备，其中第一体积的流体在所述环形燃烧室周围邻近第二体积的流体而燃烧。

11.根据权利要求3所述的包括环形燃烧室的设备，进一步包括中间环形室，所述中间环形室具有穿过其厚度的至少一个通道，所述至少一个通道将燃烧过的流体从所述环形燃烧室引导至所述多个隔开的圆盘。

12.根据权利要求1所述的包括环形燃烧室的设备，其中所述环形燃烧室由工业陶瓷制成。