專利名稱：高效高溫型內(nèi)外混燃氣輪機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是熱能轉(zhuǎn)換成機械能的技術領域。
背景技術：
現(xiàn)有內(nèi)燃機廣泛的應用在各個領域中，其中汽車應用的數(shù)量是最多的，給人類生 活帶來了諸多便利，但其熱/機轉(zhuǎn)換效率一般是在20 % 40 %之間，其余60 % 80 %的熱 能無法利用而需要向外排放，同時因燃料不能完全燃燒，其尾氣將向空氣中排放大量的污 染氣體，使空氣受到嚴重的污染，具統(tǒng)計這些是造成地球環(huán)境變暖的主要原因之一。給人類 將來的生活環(huán)境帶來了無法挽回的損失與破壞。斯特林發(fā)動機是斯特林于1816年發(fā)明的。斯特林發(fā)動機是獨特的熱機，因為他們 理論上的效率幾乎等于理論最大效率，稱為卡諾循環(huán)效率。斯特林發(fā)動機是通過氣體受熱 膨脹、遇冷收縮而產(chǎn)生動力的。這是一種外燃發(fā)動機，使燃料連續(xù)地燃燒，蒸發(fā)的膨脹氫氣 (或氦)作為動力氣體使活塞運動，膨脹氣體在冷氣室冷卻，反復地進行這樣的循環(huán)過程。 由于外燃機避免了傳統(tǒng)內(nèi)燃機的震爆做功問題，從而實現(xiàn)了高效率、低噪音、低污染和低運 行成本。但是，斯特林發(fā)動機還有許多問題要解決，例如膨脹室、壓縮室、加熱器、冷卻室、 再生器等的成本高，熱量損失是內(nèi)燃發(fā)動機的2-3倍等。所以，還不能成為大批量使用的發(fā) 動機。

實用新型內(nèi)容本實用新型是為了克服現(xiàn)有內(nèi)燃機熱轉(zhuǎn)換效率低(在20% 40%之間)，燃燒不 完全而向空氣中排放大量的污染氣體的問題，及現(xiàn)有斯特林發(fā)動機還存在膨脹室、壓縮室、 加熱器、冷卻室、再生器等成本很高，熱量損失是內(nèi)燃發(fā)動機的2-3倍的問題。進而提出了 一種高效高溫型內(nèi)外混燃氣輪機。它由小葉輪總成、大渦輪總成、高溫熱交換器、中溫熱交換器、低溫熱交換器、燃燒 室、燃具、減速偶合器組成；小葉輪總成的進氣口與外界空氣連通，小葉輪總成的出氣口通過高溫熱交換器的 低溫進氣口、高溫熱交換器、高溫熱交換器的高溫出氣口與大渦輪總成的進氣口連通，大渦 輪總成的出氣口通過中溫熱交換器的高溫進氣口、中溫熱交換器、中溫熱交換器的低溫出 氣口、低溫熱交換器的第一高溫進氣口、低溫熱交換器、低溫熱交換器的第一低溫出氣口與 外界空氣連通，燃燒室的底部進氣口通過中溫熱交換器的高溫出氣口、中溫熱交換器、中溫 熱交換器的低溫進氣口、低溫熱交換器的高溫出氣口、低溫熱交換器、低溫熱交換器的低溫 進氣口與外界空氣連通，燃燒室的頂部出氣口通過高溫熱交換器的高溫進氣口、高溫熱交 換器、高溫熱交換器的低溫出氣口、低溫熱交換器的第二高溫進氣口、低溫熱交換器、低溫 熱交換器的第二低溫出氣口與外界空氣連通，燃具設置在燃燒室內(nèi)部，小葉輪總成的主軸 與大渦輪總成的主軸、減速偶合器的輸入轉(zhuǎn)軸互相傳動連接，減速偶合器的輸出轉(zhuǎn)軸為機械動力輸出軸。本裝置在燃具點火燃燒后，需由外部轉(zhuǎn)動動力帶動小葉輪總成、大渦輪總成的主 軸轉(zhuǎn)動啟動后，才可自行轉(zhuǎn)動工作。本實用新型能將燃料的燃燒熱能直接高效的轉(zhuǎn)換成機械能，其熱 能/機械能的轉(zhuǎn) 換效率為30% 80%，加熱溫度越高，其熱轉(zhuǎn)換效率越高。其總零件數(shù)為現(xiàn)有內(nèi)燃機總零 件數(shù)的20%以下。其高溫端的材料及燃燒室的材料應用現(xiàn)有材料即可能實現(xiàn)，例如可用現(xiàn)有高耐溫 陶瓷，其耐溫為1300°C 1700°C，或不銹鋼等材料，即制造成本低廉，而能實現(xiàn)大批量生產(chǎn) 銷售的目的。由于燃料是持續(xù)不斷地燃燒，這就有可能把不希望在外面產(chǎn)生的污染物降低到最 小限度，進而降低了環(huán)境污染，即實現(xiàn)完全燃燒。它還具有燃料熱利用率高、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲極小、結構簡單、對材料要求低、使用方 便、維護費用低、成本低廉、功率/重量比很大的優(yōu)點。

圖1是本實用新型的整體結構示意圖。
具體實施方式
具體實施方式
一結合圖1說明本實施方式，本實施方式由小葉輪總成1、大渦輪 總成2、高溫熱交換器3、中溫熱交換器4、低溫熱交換器5、燃燒室6、燃具7、減速偶合器8 組成；小葉輪總成1的進氣口與外界空氣連通，小葉輪總成1的出氣口通過高溫熱交換 器3的低溫進氣口、高溫熱交換器3、高溫熱交換器3的高溫出氣口與大渦輪總成2的進氣 口連通，大渦輪總成2的出氣口通過中溫熱交換器4的高溫進氣口、中溫熱交換器4、中溫熱 交換器4的低溫出氣口、低溫熱交換器5的第一高溫進氣口、低溫熱交換器5、低溫熱交換 器5的第一低溫出氣口與外界空氣連通，燃燒室6的底部進氣口通過中溫熱交換器4的高 溫出氣口、中溫熱交換器4、中溫熱交換器4的低溫進氣口、低溫熱交換器5的高溫出氣口、 低溫熱交換器5、低溫熱交換器5的低溫進氣口與外界空氣連通，燃燒室6的頂部出氣口通 過高溫熱交換器3的高溫進氣口、高溫熱交換器3、高溫熱交換器3的低溫出氣口、低溫熱交 換器5的第二高溫進氣口、低溫熱交換器5、低溫熱交換器5的第二低溫出氣口與外界空氣 連通，燃具7設置在燃燒室6內(nèi)部，小葉輪總成1的主軸與大渦輪總成2的主軸、減速偶合 器8的輸入轉(zhuǎn)軸互相傳動連接，減速偶合器8的輸出轉(zhuǎn)軸為機械動力輸出軸。本裝置在燃具7點火燃燒后，需由外部動力帶動小葉輪總成1、大渦輪總成2的主 軸旋轉(zhuǎn)啟動后，才可自行轉(zhuǎn)動工作。小葉輪總成1與大渦輪總成2的功率比為1 2至1 6(根據(jù)材料的耐溫程度， 決定加熱溫度而定，按氣體熱學定理的氣體受熱膨脹比例計算)。高溫熱交換器3、中溫熱交換器4、低溫熱交換器5可選用逆流式換熱方式的熱交 換器，其結構形式可選圓桶式、平板式等。其材料選用耐高溫不銹鋼、鈹銅、陶瓷、石棉等耐 高溫材料制成。[0019]小葉輪總成1、大渦輪總成2可選用現(xiàn)有渦輪增壓器的部件修改組裝而成；其軸的潤滑方式也可選用現(xiàn)有渦輪增壓器的液體軸承。燃具7所使用的燃料可選氣體、液體或固體，具體燃料可選汽油、柴油、酒精、甲 醇、液化汽、天然氣、煤氣或混合型液態(tài)燃料等。本裝置的發(fā)熱部分都應處在保溫絕熱的殼體中，以防止熱量的散失。工作原理燃燒室6內(nèi)的燃具7點火燃燒后，燃燒室6內(nèi)的高溫熱氣將流經(jīng)高溫 熱交換器3，當外部動力拖動小葉輪總成1、大渦輪總成2的主軸旋轉(zhuǎn)后，小葉輪總成1將外 界空氣吸入并壓縮，所述壓縮空氣通過高溫熱交換器3時，被加熱并膨脹，視加熱的溫度而 定，其膨脹2至6倍(根據(jù)材料的耐溫程度，決定加熱溫度而定，按氣體熱學定理的氣體受 熱膨脹比例計算)，然后進入到大渦輪總成2的進氣口，并推動大渦輪總成2高速旋轉(zhuǎn)，同時 大渦輪總成2的主軸將帶動小葉輪總成1同步高速旋轉(zhuǎn)，這時外部拖動力脫離；只要熱源不 斷提供高溫熱能，小葉輪總成1、大渦輪總成2將高速旋轉(zhuǎn)下去。大渦輪總成2將剩余機械 功通過減速偶合器8向外輸出。燃燒室6內(nèi)的高溫氣體流經(jīng)高溫熱交換器3后，其氣體的 溫度還很高，所以再流經(jīng)低溫熱交換器5時，會將這些熱能交換給燃燒室6進氣口進入的空 氣中，實現(xiàn)燃燒室6最終排氣溫度接近于外界常溫。大渦輪總成2的出氣口流出的氣體的 溫度還會很高，其高溫氣體在流經(jīng)中溫熱交換器4、低溫熱交換器5時，其熱能將交換給給 燃燒室6進氣口進入的空氣中。實現(xiàn)高效回熱，而進一步的提高熱能利用率，使本裝置的整 體熱能轉(zhuǎn)換機械能的效率達到30% 80%。
權利要求高效高溫型內(nèi)外混燃氣輪機，其特征在于它由小葉輪總成(1)、大渦輪總成(2)、高溫熱交換器(3)、中溫熱交換器(4)、低溫熱交換器(5)、燃燒室(6)、燃具(7)、減速偶合器(8)組成；小葉輪總成(1)的進氣口與外界空氣連通，小葉輪總成(1)的出氣口通過高溫熱交換器(3)的低溫進氣口、高溫熱交換器(3)、高溫熱交換器(3)的高溫出氣口與大渦輪總成(2)的進氣口連通，大渦輪總成(2)的出氣口通過中溫熱交換器(4)的高溫進氣口、中溫熱交換器(4)、中溫熱交換器(4)的低溫出氣口、低溫熱交換器(5)的第一高溫進氣口、低溫熱交換器(5)、低溫熱交換器(5)的第一低溫出氣口與外界空氣連通，燃燒室(6)的底部進氣口通過中溫熱交換器(4)的高溫出氣口、中溫熱交換器(4)、中溫熱交換器(4)的低溫進氣口、低溫熱交換器(5)的高溫出氣口、低溫熱交換器(5)、低溫熱交換器(5)的低溫進氣口與外界空氣連通，燃燒室(6)的頂部出氣口通過高溫熱交換器(3)的高溫進氣口、高溫熱交換器(3)、高溫熱交換器(3)的低溫出氣口、低溫熱交換器(5)的第二高溫進氣口、低溫熱交換器(5)、低溫熱交換器(5)的第二低溫出氣口與外界空氣連通，燃具(7)設置在燃燒室(6)內(nèi)部，小葉輪總成(1)的主軸與大渦輪總成(2)的主軸、減速偶合器(8)的輸入轉(zhuǎn)軸互相傳動連接，減速偶合器(8)的輸出轉(zhuǎn)軸為機械動力輸出軸。
2.根據(jù)權利要求1所述的高效高溫型內(nèi)外混燃氣輪機，其特征在于所述小葉輪總成 (1)與大渦輪總成(2)的功率比為1 2至1 6。
3.根據(jù)權利要求1所述的高效高溫型內(nèi)外混燃氣輪機，其特征在于所述高溫熱交換器(3)、中溫熱交換器(4)、低溫熱交換器(5)可選用逆流式換熱方式的熱交換器，其結構形式 可選圓桶式、平板式。
專利摘要高效高溫型內(nèi)外混燃氣輪機，它涉及的是熱能轉(zhuǎn)換技術領域。它是為了克服現(xiàn)有內(nèi)燃機熱轉(zhuǎn)換效率低(在25％～40％之間)，燃燒不完全而向空氣中排放大量的高溫污染氣體的問題。它的小葉輪總成的進氣口與外界空氣連通，小葉輪總成的出氣口通過高溫熱交換器與大渦輪總成的進氣口連通，大渦輪總成的出氣口通過中溫熱交換器、低溫熱交換器與外界空氣連通，燃燒室的底部進氣口通過中溫熱交換器、低溫熱交換器與外界空氣連通，燃燒室的頂部出氣口通過高溫熱交換器、低溫熱交換器與外界空氣連通，燃具設置在燃燒室內(nèi)部，小葉輪總成的主軸與大渦輪總成的主軸、減速偶合器的輸入轉(zhuǎn)軸互相傳動連接，減速偶合器的輸出轉(zhuǎn)軸為機械動力輸出軸。本實用新型能將燃料的燃燒熱能高效的轉(zhuǎn)換成機械能，其熱能/機械能的轉(zhuǎn)換效率為30％～80％，加熱溫度越高，其轉(zhuǎn)換效率越高。由于燃料是持續(xù)不斷地燃燒，這就有可能把不希望在外面產(chǎn)生的污染物降低到最小限度，即實現(xiàn)完全燃燒。
文檔編號F02C1/04GK201599096SQ20092024429
公開日2010年10月6日 申請日期2009年12月8日 優(yōu)先權日2009年12月8日
發(fā)明者雷濤 申請人:雷濤