CN108798899A - 微型涡轮发电机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种微型涡轮发电机，包括：回热器总成、燃烧室和动力头总成，回热器总成包括第一回热区和第二回热区；第一回热区的排气输入端接收动力头总成的排气，第一回热区的排气输出端与第二回热区的排气输入端连接；第一回热区的空气输入端与第二回热区的空气输出端连接，第一回热区的空气输出端与燃烧室的空气输入端连接；第二回热区的空气输入端接收空气，第二回热区的排气输出端排出动力头总成的排气。本发明实施例提供的微型涡轮发电机，由于回热器总成包括两级回热区，使空气与动力头总成的排气进行多次换热，有效提高回热效率。

Description

微型涡轮发电机

技术领域

本发明实施例涉及发电机技术领域，更具体地，涉及一种微型涡轮发电机。

背景技术

微型涡轮发电机是一种小型分布式能源系统和发电装置，具有能源利用率高、环境污染小和经济效益好等特点，具备良好的发展前景，对于缓解能源紧张的局面具有重要意义。为了提高微型涡轮发电机的整机热效率，通常会在微型涡轮发电机中设置回热器。相关技术中，通常采用环形回热器，从而能够将动力头、燃烧室等布置于环形回热器的内部。但是，这也导致回热器的形状和尺寸需要与动力头和燃烧室的尺寸相匹配，而又由于微型涡轮发电机整机的尺寸限制，导致回热器的尺寸受限，回热效率较低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的微型涡轮发电机。

本发明实施例提供一种微型涡轮发电机，包括：回热器总成、燃烧室和动力头总成，回热器总成包括第一回热区和第二回热区；第一回热区的排气输入端接收动力头总成的排气，第一回热区的排气输出端与第二回热区的排气输入端连接；第一回热区的空气输入端与第二回热区的空气输出端连接，第一回热区的空气输出端与燃烧室的空气输入端连接；第二回热区的空气输入端接收空气，第二回热区的排气输出端排出动力头总成的排气。

其中，第一回热区包括中部导管及涡轮排气管，中部导管套设于涡轮排气管的外部，中部导管的内壁与涡轮排气管的外壁之间形成第一腔体；相应地，第一腔体的输入端为第一回热区的空气输入端，第一腔体的输出端为第一回热区的空气输出端；涡轮排气管的输入端为第一回热区的排气输入端，涡轮排气管的输出端为第一回热区的排气输出端。

其中，第二回热区包括回热器本体，回热器本体环绕设置于中部导管的外部；相应地，第二回热区的空气输入端为回热器本体的空气输入端，第二回热区的空气输出端为回热器本体的空气输出端；第二回热区的排气输入端为回热器的排气输入端，第二回热区的排气输出端为回热器的排气输出端。

其中，第二回热区还包括前端导管和后端导管；相应地，回热器本体的空气输入端通过前端导管接收空气，回热器本体的空气输出端通过后端导管与第一腔体的输入端连接。

其中，回热器总成还包括回热器壳体；回热器壳体环绕设置于回热器本体的外部，且回热器壳体的内壁与后端导管的外壁之间形成第二腔体，第二腔体与涡轮排气管的输出端连通；相应地，涡轮排气管的输出端通过第二腔体与回热器本体的排气输入端连接。

其中，动力头总成包括压气叶轮和涡轮，涡轮的一端与压气叶轮同轴连接，涡轮排气管的输入端设置于涡轮的另一端，燃烧室环绕设置于涡轮的外部。

其中，所述进气罩上设置有进气格栅，新鲜空气通过进气格栅进入到动力头总成的压气叶轮，通过压气叶轮加压后将新鲜空气导入压气机导管。

其中，微型涡轮发电机还包括高速电机；进气罩的另一端与高速电机连接，进气罩的中部开有进气口。

其中，回热器总成还包括尾气排气口，尾气排气口设置于回热器壳体上且开口方向朝下，回热器本体的排气输出端与尾气排气口连接。

其中，涡轮排气管的尺寸沿气体排出的方向逐渐增大。

本发明实施例提供的微型涡轮发电机，回热器总成包括第一回热区和第二回热区；第一回热区的排气输入端接收动力头总成的排气，第一回热区的排气输出端与第二回热区的排气输入端连接；第一回热区的空气输入端与第二回热区的空气输出端连接，第一回热区的空气输出端与燃烧室的空气输入端连接；第二回热区的空气输入端接收空气，第二回热区的排气输出端排出动力头总成的排气。由于回热器总成包括两级回热区，使空气与动力头总成的排气进行多次换热，有效提高回热效率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述是示例性和解释性的，并不能限制本发明实施例。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种微型涡轮发电机的结构示意图；

图2为本发明实施例的一种微型涡轮发电机的回热器总成的结构示意图；

图3为本发明实施例的一种微型涡轮发电机的动力头总成的结构示意图；

图4为本发明实施例的一种微型涡轮发电机的回热原理示意图；

图中，100：高速电机；200：进气罩；300：压气机导管；400：燃烧室；500：动力头总成；501：压气叶轮；502：涡轮；600：回热器总成；601：前端导管；602：回热器本体；603：尾气排气口；604：后端导管；605：中部导管；606：涡轮排气管；607：第一腔体；608：第二腔体。

具体实施方式

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，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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，可以是两个元件内部的连通。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实施例中的具体含义。

微型涡轮发电机采用回热器能够有效利用排出的高温气体中的热能，对空气进行预加热以提高发电机热效率。由于相关技术中的环形回热器是环绕动力头总成和燃烧室等部件设置的，因此环形回热器内部的尺寸被限制。与此同时，微型涡轮发电机整体上对环形回热器的外部尺寸有一定的限制，综合上述外部尺寸限制和内部尺寸限制，环形回热器的尺寸较小。而由于回热器的工作原理是利用空气与排出气体通过相互接触的方式进行热交换，因此，接触的面积越大，热交换就越充分。基于此，在上述尺寸限制下，导致环形回热器中空气与排出气体热交换的面积较小，换热不充分，换热效率较低。针对上述情形，参见图1和图2，本发明实施例提供一种微型涡轮发电机，包括：回热器总成600、燃烧室400和动力头总成500，回热器总成600包括第一回热区和第二回热区；第一回热区的排气输入端接收动力头总成500的排气，第一回热区的排气输出端与第二回热区的排气输入端连接；第一回热区的空气输入端与第二回热区的空气输出端连接，第一回热区的空气输出端与燃烧室400的空气输入端连接；第二回热区的空气输入端与接收空气，第二回热区的排气输出端排出动力头总成500的排气。

其中，燃料与空气在燃烧室400中燃烧，产生热能，并将热能输入至动力头总成500。动力头总成500将热能转换为机械能并旋转做功，动力头旋转后会将燃烧后的气体排出，作为动力头总成500的排气。动力头总成500的排气为高温气体，与将要输入至燃烧室400的空气在回热器总成600中进行热交换，从而提高空气的温度，使输入至燃烧室400的空气在输入前就具有较高的温度，提高燃烧室400产生的热能。

具体地，参见图1，回热器总成600可后置于动力头总成500及燃烧室400，从而使回热器总成600可以具有较大的尺寸。可以理解的是，本发明实施例的保护范围并不局限于图1所示的回热器后置的方式，应当包括任意回热器总成600与动力头总成500及燃烧室400总成分离的布置方式。由于回热器总成600的尺寸不再受限，因此回热器总成600可至少包括两级回热区。动力头总成500的排气依次经过第一回热区和第二回热区，并最终排出。空气依次经过第二回热区和第一回热区，并最终进入燃烧室400。换言之，动力头总成500的排气首先在第一回热区与空气进行换热，此时，空气已经在第二回热区吸收了一定的热量。之后，动力头总成500的排气进入第二回热区与空气进行换热，此时，空气刚进入回热器总成600，还没有吸收热量。

本发明实施例提供的微型涡轮发电机，回热器总成包括第一回热区和第二回热区；第一回热区的排气输入端接收动力头总成的排气，第一回热区的排气输出端与第二回热区的排气输入端连接；第一回热区的空气输入端与第二回热区的空气输出端连接，第一回热区的空气输出端与燃烧室的空气输入端连接；第二回热区的空气输入端接收空气，第二回热区的排气输出端排出动力头总成的排气。由于回热器总成包括两级回热区，使空气与动力头总成的排气进行多次换热，有效提高回热效率。

参见图2和图4，基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，第一回热区包括中部导管605及涡轮排气管606，中部导管605套设于涡轮排气管606的外部，中部导管605的内壁与涡轮排气管606的外壁之间形成第一腔体607；相应地，第一腔体607的输入端为第一回热区的空气输入端，第一腔体607的输出端为第一回热区的空气输出端；涡轮排气管606的输入端为第一回热区的排气输入端，涡轮排气管606的输出端为第一回热区的排气输出端。具体地，第一回热区的回热是通过中部导管605和涡轮排气管606来实现的。动力头总成500的排气从涡轮排气管606的左端进入，在涡轮排气管606内从左向右流动。而空气从第一腔体607的右端进入，在第一腔体607内从右向左流动。相互对流的排气及空气通过涡轮排气管606的管壁进行换热。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，第二回热区包括回热器本体602，回热器本体602环绕设置于中部导管605的外部；相应地，第二回热区的空气输入端为回热器本体602的空气输入端，第二回热区的空气输出端为回热器本体602的空气输出端；第二回热区的排气输入端为回热器的排气输入端，第二回热区的排气输出端为回热器的排气输出端。第二回热区的回热是通过回热器本体602来实现。应当说明的是，本发明实施例对回热器本体602内的具体换热方式不作限定，包括但不限于使用换热叶片。动力头总成500的排气从回热器本体602右端的排气输入端进入，在回热器本体602内从右向左流动，并从回热器本体602左端的排气输出端流出。而空气从回热器本体602左端的空气输入端进入，在回热器本体602内从左向右流动，并从回热器本体602右端的空气输出端流出。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，第二回热区还包括前端导管601和后端导管604；相应地，回热器本体602的空气输入端通过前端导管601接收空气，回热器本体602的空气输出端通过后端导管604与第一腔体607的输入端连接。具体地，中部导管605上可开有孔，后端导管604的一端与中部导管605上的该孔连接，后端导管604上的另一端与回热器本体602的空气输出端连接，从而将经过回热器本体602换热的空气输入至第一腔体607内进行第二回热区的回热。应当说明的是，本发明实施例对前端导管601及后端导管604的数量不作限制。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，回热器总成600还包括回热器壳体；回热器壳体环绕设置于回热器本体602的外部，且回热器壳体的内壁与后端导管604的外壁之间形成第二腔体608，第二腔体608与涡轮排气管606的输出端连通；相应地，涡轮排气管606的输出端通过第二腔体608与回热器本体602的排气输入端连接。具体地，第二腔体608的一端与涡轮排气管606连通，第二腔体608的另一端与回热器本体602的排气输入端连通，从而使经过涡轮排气管606排除的排气可通过第二腔体608进入换热器本体。应当说明的是，第二腔体608与中部导管605是不连通的。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，动力头总成500包括压气叶轮501和涡轮502，涡轮502的一端与压气叶轮501同轴连接，涡轮排气管606的输入端设置于涡轮502的另一端，燃烧室400环绕设置于涡轮502的外部。具体地，参见图3，燃烧室400燃烧产生的气体可推动涡轮502旋转，推动涡轮502旋转后，气体从涡轮502的另一端排出。因此，将涡轮排气管606的输入端设置于涡轮502的另一端，也即涡轮502的后部，从而涡轮排气管606能够接收到动力头总成500的排气。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，微型涡轮发电机还包括进气罩200，进气罩200上设置有进气格栅，新鲜空气通过进气格栅进入到动力头总成500的压气叶轮501，通过压气叶轮501加压后将新鲜空气导入压气机导管300。具体地，压气叶轮501高速旋转使空气被压缩后通过排气孔及压气机导管300进入前端导管601，以通过前端导管601进入回热器本体602。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，微型涡轮发电机还包括高速电机100；进气罩200的另一端与高速电机100连接，进气罩200的中部开有进气口。具体地，高速电机100可通过联轴器与动力头总成500连接。高速电机100用于将燃料燃烧产生的能量转换为机械能，高速旋转，并将动能传递给同轴的其他转动部件(包括压气叶轮501和高速电机转子等)。当微型涡轮发电机启动时，高速电机100作为动力带动转动部件旋转，从而使压气叶轮501高速旋转，使空气高速流动的空气进入回热器总成600。当微型涡轮发电机做功时，高速电机100将微型涡轮发电机传送的动能转化为电能输出。进气罩200用于联接动力头总成500和高速电机100外部的非转动部件，即进气罩200的一端与高速电机100连接，进气罩200的另一端与动力头总成500连接。在进气罩200的中部设置有至少一个进气口，空气从进气口进入后由压气叶轮501加速后进入回热器本体602。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，回热器总成600还包括尾气排气口603，尾气排气口603设置于回热器壳体上且开口方向朝下，回热器本体602的排气输出端与尾气排气口603连接。具体地，回热器壳体上可至少设置一个尾气排气口603，动力头总成500的排气经过第一回热区和第二回热区后，最终通过尾气排气口603排出至微型涡轮发电机的外部。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，涡轮排气管606的尺寸沿气体排出的方向逐渐增大。具体地，动力头总成500的排气沿涡轮排气管606排出至第二腔体608。通过将涡轮排气管606的尺寸沿气体排出的方向逐渐增大，能够增大动力头总成500的排气与空气的接触面积，从而提高回热效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种微型涡轮发电机，其特征在于，包括：回热器总成、燃烧室和动力头总成，所述回热器总成包括第一回热区和第二回热区；

所述第一回热区的排气输入端接收所述动力头总成的排气，所述第一回热区的排气输出端与所述第二回热区的排气输入端连接；所述第一回热区的空气输入端与所述第二回热区的空气输出端连接，所述第一回热区的空气输出端与所述燃烧室的空气输入端连接；

所述第二回热区的空气输入端接收空气，所述第二回热区的排气输出端排出所述动力头总成的排气。

2.根据权利要求1所述的微型涡轮发电机，其特征在于，所述第一回热区包括中部导管及涡轮排气管，所述中部导管套设于所述涡轮排气管的外部，所述中部导管的内壁与所述涡轮排气管的外壁之间形成第一腔体；相应地，

所述第一腔体的输入端为所述第一回热区的空气输入端，所述第一腔体的输出端为所述第一回热区的空气输出端；所述涡轮排气管的输入端为所述第一回热区的排气输入端，所述涡轮排气管的输出端为所述第一回热区的排气输出端。

3.根据权利要求2所述的微型涡轮发电机，其特征在于，所述第二回热区包括回热器本体，所述回热器本体环绕设置于所述中部导管的外部；相应地，

所述第二回热区的空气输入端为所述回热器本体的空气输入端，所述第二回热区的空气输出端为所述回热器本体的空气输出端；所述第二回热区的排气输入端为所述回热器的排气输入端，所述第二回热区的排气输出端为所述回热器的排气输出端。

4.根据权利要求3所述的微型涡轮发电机，其特征在于，所述第二回热区还包括前端导管和后端导管；相应地，所述回热器本体的空气输入端通过所述前端导管接收空气，所述回热器本体的空气输出端通过所述后端导管与所述第一腔体的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的微型涡轮发电机，其特征在于，所述回热器总成还包括回热器壳体；所述回热器壳体环绕设置于所述回热器本体的外部，且所述回热器壳体的内壁与所述后端导管的外壁之间形成第二腔体，所述第二腔体与所述涡轮排气管的输出端连通；相应地，所述涡轮排气管的输出端通过所述第二腔体与所述回热器本体的排气输入端连接。

6.根据权利要求4所述的微型涡轮发电机，其特征在于，所述动力头总成包括压气叶轮和涡轮，所述涡轮的一端与所述压气叶轮同轴连接，所述涡轮排气管的输入端设置于所述涡轮的另一端，所述燃烧室环绕设置于所述涡轮的外部。

7.根据权利要求6所述的微型涡轮发电机，其特征在于，还包括进气罩，所述进气罩的一端环绕所述压气叶轮设置，所述进气罩上设置有进气格栅，新鲜空气通过所述进气格栅进入到所述动力头总成的压气叶轮，通过压气叶轮加压后将所述新鲜空气导入压气机导管。

8.根据权利要求7所述的微型涡轮发电机，其特征在于，还包括高速电机；所述进气罩的另一端与高速电机连接，所述进气罩的中部开有进气口。

9.根据权利要求5所述的微型涡轮发电机，其特征在于，所述回热器总成还包括尾气排气口，所述尾气排气口设置于所述回热器壳体上且开口方向朝下，所述回热器本体的排气输出端与所述尾气排气口连接。

10.根据权利要求2所述的微型涡轮发电机，其特征在于，所述涡轮排气管的尺寸沿气体排出的方向逐渐增大。