CN204851441U - 轴流式热电装置 - Google Patents

Abstract

轴流式热电装置，采用涡轮式燃烧器、换热器和电机，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双层换热器内轴向动力涡轮带动发电机；燃烧室、火焰导管和涡壳外、换热器均设有水套与散热器连接提供采暖热源；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，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；结构简单，生产成本低，有推广价值。

Description

轴流式热电装置

技术领域

本实用新型涉及一种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，燃烧器是由电动风机、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。车辆的涡轮增压器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。现有的利用涡轮燃烧器的热电装置，虽然能源利用较充分，但在相对封闭狭小空间内仍有如下不足之处：航空微型涡轮喷气发动机和发动机涡轮增压器结构内部无法配置更大功率的发电机，热电转换效率有限，约束了其性能发挥。

实用新型内容

针对上述存在的问题，本实用新型公开了一种轴流式热电装置，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。

本实用新型采用如下的技术方案：

一种轴流式热电装置，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，还包括换热器，换热器的进气口与涡轮式燃烧器的出气口连通；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；所述换热器有水套；燃烧室、火焰导管、微燃机涡轮的涡壳和换热器的水套相互连通，水套设有进水口和出水/汽口。

在上述方案的基础上，进一步地，

所述换热器为双层换热器，内换热层置于外换热层的内部空腔内，内换热层也设有水套并与外换热层的水套连通。

轴流式热电装置还包括动力涡轮和发电机，动力涡轮设置于换热器的进气口处内换热层的端部，发电机置于内换热层的中空腔内由动力涡轮通过其转轴驱动。

火焰导管为波纹导管。

涡轮式燃烧器的转轴采用油浮式轴承。

启动发电机为柱式结构电机，启动发电机置于涡轮式燃烧器的进气口处。

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。

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，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，其风机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，仅依靠车载蓄电池供实际可用时间约3小时多，超时则电量耗尽，虽然发动机尚有温度，但失去了再次启动发动机电力，失去战斗力。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，所以说本实用新型有重要的推广价值。

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；

图中标记分别表示：

1-压气机，12-压气机叶轮，13-微燃机涡轮，14-导流罩，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-轴向动力涡轮，8-发电机，

9-双层换热器，91-内换热层，92-外换热层，93-换热器尾排口。

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步的说明。

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；

换热器9为双层换热器，内换热层92置于外换热层91的内部空腔内；换热器9的进气口与涡轮式燃烧器的出气口连通；

启动发电机3为柱式结构电机，安装于压气机进气口处，启动发电机的柱式永磁转子固定于叶轮12转轴4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；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，并在燃烧室外、火焰导管外设水套，外换热层和内换热层也设有水套；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，进水口61设置于内换热层的水套上；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。

火焰导管采用波纹导管5，提高与水套中水的换热效率。

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。

本实施例可以取代现在使用的装甲车辆的现有加温锅。

实施例2

如附图2所示，基本构造与实施例1相同。

在换热器内安装有轴向动力涡轮7和发电机8，轴向动力涡轮7设置于换热器的进气口处内换热层92的端部，发电机8置于内换热层92的中空腔内由轴向动力涡轮7通过其转轴驱动。

换热器的进气口处设有导流罩14。

发电机8采用柱式结构的电机，柱式定子线圈与内换热层固定，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，在动力涡轮的转轴驱动。

启动发电机3采用盘式结构电机；启动发电机的永磁转子固定在压气机叶轮12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12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，定子线圈置于凹槽嵌入压气机壳体。

其他部件和构造与实施例1相同。

本实施例不仅可以取代装甲车辆的现有加温锅，还适合于野外作业时使用。

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

Claims (9)

1.一种轴流式热电装置，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，还包括换热器，换热器的进气口与涡轮式燃烧器的出气口连通；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；所述换热器有水套；燃烧室、火焰导管、微燃机涡轮的涡壳和换热器的水套相互连通，水套设有进水口和出水/汽口。

2.根据权利要求1所述轴流式热电装置，其特征在于，所述换热器为双层换热器，内换热层置于外换热层的内部空腔内，内换热层也设有水套并与外换热层的水套连通。

3.根据权利要求2所述轴流式热电装置，其特征在于，还包括动力涡轮和发电机，动力涡轮设置于换热器的进气口处内换热层的端部，发电机置于内换热层的中空腔内由动力涡轮通过其转轴驱动。

4.根据权利要求1、2或3所述轴流式热电装置，其特征在于，所述火焰导管为波纹导管。

5.根据权利要求1、2或3所述轴流式热电装置，其特征在于，涡轮式燃烧器的转轴采用油浮式轴承。

6.根据权利要求1、2或3所述轴流式热电装置，其特征在于，所述启动发电机为柱式结构电机，启动发电机置于涡轮式燃烧器的进气口处。

7.根据权利要求1、2或3所述轴流式热电装置，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、2或3所述轴流式热电装置，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、2或3所述轴流式热电装置，其特征在于，所述换热器的进气口处设有导流罩。