專利名稱：一種微型全風(fēng)富氧燃燒的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的燃?xì)廨啺l(fā)電裝置，尤其涉及一種微型全風(fēng)富氧燃燒的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)。適用于小型燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
電能因其傳輸和轉(zhuǎn)化的方便性成為一種應(yīng)用最廣泛的能源形式。作為一種二次能源，電能具有多元化的獲取方式。其中，從化學(xué)能獲取電能是目前應(yīng)用最廣泛的電能獲取方式。然而化學(xué)能發(fā)電的過程中排放的廢氣造成了大氣污染和生態(tài)破壞。另一方面，從化學(xué)能到電能的轉(zhuǎn)換效率一直得不到大幅度提高。尤其在小型發(fā)電機(jī)中，受發(fā)動(dòng)機(jī)效率的制約， 電能的轉(zhuǎn)化效率通常只有30%左右，而且不可避免地產(chǎn)生未燃HC、CO、NOx等污染氣體。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述情況，本發(fā)明提供一種減少污染、提高燃?xì)廨單矚鉄峁厥掌肺弧嵝矢哂趥鹘y(tǒng)燃?xì)廨啺l(fā)電裝置的微型全風(fēng)富氧燃燒的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是微型全風(fēng)富氧燃燒的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)，其特征在于所述發(fā)電機(jī)包括燃料供給系統(tǒng)、增壓富氧空氣供給系統(tǒng)、燃燒做功系統(tǒng)、燃燒控制系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)和能量回收系統(tǒng)，其中燃料供給系統(tǒng)從外到內(nèi)順序包括燃料箱、燃料輸送泵和可控流量閥，可控流量閥的輸出端接燃燒做功系統(tǒng)之燃燒室的輸入端；增壓富氧空氣供給系統(tǒng)包括一增壓富氧空氣發(fā)生器，增壓富氧空氣發(fā)生器的進(jìn)氣口和大氣連通，該發(fā)生器的出氣口串接一個(gè)空氣流量傳感器后連接至發(fā)電系統(tǒng)之高頻發(fā)電機(jī)導(dǎo)風(fēng)罩的進(jìn)氣口，另一出氣口與大氣接通；燃燒做功系統(tǒng)包括燃燒室和微型燃?xì)廨?，所述燃燒室具有一個(gè)燃料進(jìn)入口、一個(gè)增壓富氧空氣進(jìn)入口和一個(gè)燃?xì)馀懦隹冢渲腥剂线M(jìn)入口連接燃料供給系統(tǒng)之可控流量閥，燃?xì)馀懦隹谶B接微型燃?xì)廨喌倪M(jìn)氣口 ；燃燒控制系統(tǒng)包括一個(gè)氧燃比控制器，該氧燃比控制器的一個(gè)信號(hào)輸入端通過信號(hào)線與安裝在空氣流量傳感器的出口與高頻發(fā)電機(jī)導(dǎo)風(fēng)罩入口之間流道上的氧濃度傳感器連接，另一個(gè)信號(hào)輸入端通過信號(hào)線連接空氣流量傳感器，第三個(gè)信號(hào)輸入端通過信號(hào)線與安裝在燃燒做功系統(tǒng)之燃?xì)馀懦隹谂c微型燃?xì)廨喌倪M(jìn)氣口之間流道上的溫度傳感器相連，該氧燃比控制器的信號(hào)輸出端通過信號(hào)線連接燃料供給系統(tǒng)之可控流量閥；發(fā)電系統(tǒng)包括高頻發(fā)電機(jī)和電力變換電路，高頻發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸通過傳動(dòng)軸與燃燒做功系統(tǒng)之微型燃?xì)廨喌霓D(zhuǎn)軸相連，高頻發(fā)電機(jī)與電力變換電路相連，電力變換電路接入電網(wǎng)；能量回收系統(tǒng)包括富氧空氣預(yù)熱器、高頻發(fā)電機(jī)導(dǎo)風(fēng)罩和導(dǎo)風(fēng)殼，所述富氧空氣預(yù)熱器的第一進(jìn)氣口與燃燒做功系統(tǒng)之微型燃?xì)廨喌某鰵饪谶B通，富氧空氣預(yù)熱器的第一出氣口和大氣連通，富氧空氣預(yù)熱器的第二出氣口與燃燒做功系統(tǒng)之增壓富氧空氣進(jìn)入口連通，富氧空氣預(yù)熱器的第二進(jìn)氣口與導(dǎo)風(fēng)殼連通，高頻發(fā)電機(jī)導(dǎo)風(fēng)罩的進(jìn)氣口與燃燒控制系統(tǒng)之空氣流量傳感器的出口連通，高頻發(fā)電機(jī)導(dǎo)風(fēng)罩的出氣口與導(dǎo)風(fēng)殼連通。燃燒室置于導(dǎo)風(fēng)殼的內(nèi)腔里且二者之間的空間即是富氧空氣流道。對(duì)燃料進(jìn)行助燃的氣體是普通空氣通過增壓富氧空氣發(fā)生器后所獲得的增壓富氧空氣，該增壓富氧空氣的壓力大于空氣壓力，氧氣體積含量大于21 %?？稍谌剂陷斔捅玫膬啥伺月芬粋€(gè)溢流閥。能量回收系統(tǒng)中的導(dǎo)風(fēng)殼與高頻發(fā)電機(jī)導(dǎo)風(fēng)罩可以串接為一個(gè)整體外殼。所述可控流量閥為分級(jí)流量控制閥、無級(jí)流量控制閥或脈沖式流量控制閥。所述富氧空氣預(yù)熱器為逆流間壁式換熱器。所述微型燃?xì)廨喌臏u輪葉片為中空或微型燃?xì)廨啽巢坑猩岢崞１景l(fā)明的有益效果是1)本發(fā)明運(yùn)用先進(jìn)的制氧技術(shù)，用增壓富氧空氣代替普通空氣作為燃料助燃?xì)怏w，增加燃燒氣氛的含氧濃度，降低燃料的燃點(diǎn)，不僅可以使用劣質(zhì)的燃料，還能促使燃料的完全燃燒，有效地提高了經(jīng)濟(jì)性和熱效率，同時(shí)結(jié)合尾氣能量回收， 使得燃料利用效率大大提高；幻可使發(fā)電機(jī)在空氣稀薄的高原穩(wěn)定運(yùn)行，而不必添加進(jìn)氣增壓等附加系統(tǒng)；3)可以實(shí)現(xiàn)近零污染排放，且控制策略簡(jiǎn)單。
圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本實(shí)施例微型全風(fēng)富氧燃燒的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)共有6個(gè)系統(tǒng)，分別是燃料供給系統(tǒng)、增壓富氧空氣供給系統(tǒng)、燃燒做功系統(tǒng)、燃燒控制系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)和能量回收系統(tǒng)。其中燃料供給系統(tǒng)從外到內(nèi)順序包括燃料箱6、燃料輸送泵7和可控流量閥8，可控流量閥8的輸出端通過管路接燃燒做功系統(tǒng)之燃燒室9的輸入端。為了使可控流量閥8將實(shí)際噴油量控制在小于燃料輸送泵7的額定輸出流量，多余的燃料可以回流返回到燃料輸送泵的進(jìn)口端，防止燃料輸送泵超壓損壞，本例在燃料輸送泵7的兩端并聯(lián)一個(gè)溢流閥18。增壓富氧空氣供給系統(tǒng)包括一個(gè)增壓富氧空氣發(fā)生器1，增壓富氧空氣發(fā)生器1 的進(jìn)氣口和大氣連通，該發(fā)生器的出氣口串接一個(gè)空氣流量傳感器17后連接至發(fā)電系統(tǒng)之高頻發(fā)電機(jī)導(dǎo)風(fēng)罩2的進(jìn)氣口，另一出氣口與大氣接通。燃燒做功系統(tǒng)包括燃燒室9和微型燃?xì)廨?4，燃燒室具有一個(gè)燃料進(jìn)入口 a、一個(gè)增壓富氧空氣進(jìn)入口 b和一個(gè)燃?xì)馀懦隹?c，其中燃料進(jìn)入口 a連接燃料供給系統(tǒng)之可控流量閥8，燃?xì)馀懦隹?c連接微型燃?xì)廨?4的進(jìn)氣口 ；燃燒室9置于導(dǎo)風(fēng)殼10之內(nèi)并且二者之間留有供增壓富氧空氣流動(dòng)的空間。燃燒控制系統(tǒng)包括一個(gè)氧燃比控制器15，該氧燃比控制器15的一個(gè)信號(hào)輸入端通過信號(hào)線與安裝在空氣流量傳感器17的出口與高頻發(fā)電機(jī)導(dǎo)風(fēng)罩2入口之間流道上的氧濃度傳感器16連接，另一個(gè)信號(hào)輸入端通過信號(hào)線連接空氣流量傳感器17，第三個(gè)信號(hào)輸入端通過信號(hào)線與安裝在燃燒做功系統(tǒng)之燃?xì)馀懦隹?c與微型燃?xì)廨?4的進(jìn)氣口之間流道上的溫度傳感器12相連，該氧燃比控制器15的信號(hào)輸出端通過信號(hào)線連接燃料供給系統(tǒng)之可控流量閥8 ；發(fā)電系統(tǒng)包括高頻發(fā)電機(jī)3和電力變換電路4，高頻發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸通過傳動(dòng)軸13 與燃燒做功系統(tǒng)之微型燃?xì)廨?4的轉(zhuǎn)軸相連，高頻發(fā)電機(jī)3通過電力線與電力變換電路4 相連，電力變換電路通過電力線接入電網(wǎng)5 ；能量回收系統(tǒng)包括富氧空氣預(yù)熱器11、高頻發(fā)電機(jī)導(dǎo)風(fēng)罩2和導(dǎo)風(fēng)殼10，所述富氧空氣預(yù)熱器11的第一進(jìn)氣口 d與燃燒做功系統(tǒng)之微型燃?xì)廨?4的出氣口連通，富氧空氣預(yù)熱器11的第一出氣口 e和大氣連通，富氧空氣預(yù)熱器11的第二出氣口 g與燃燒做功系統(tǒng)之增壓富氧空氣進(jìn)入口 b連通，富氧空氣預(yù)熱器11的第二進(jìn)氣口 f與導(dǎo)風(fēng)殼10連通， 高頻發(fā)電機(jī)導(dǎo)風(fēng)罩2的進(jìn)氣口與燃燒控制系統(tǒng)之空氣流量傳感器17的出口連通，高頻發(fā)電機(jī)導(dǎo)風(fēng)罩2的出氣口與導(dǎo)風(fēng)殼10連通。所述能量回收系統(tǒng)中的導(dǎo)風(fēng)殼10與高頻發(fā)電機(jī)導(dǎo)風(fēng)罩2可以一體化設(shè)計(jì)，即串接為一個(gè)整體外殼，普通空氣通過增壓富氧空氣發(fā)生器1后所獲得的增壓富氧空氣先進(jìn)入高頻發(fā)電機(jī)導(dǎo)風(fēng)罩2，在冷卻高頻發(fā)電機(jī)的同時(shí)對(duì)增壓富氧空氣進(jìn)行第一次預(yù)熱，然后再進(jìn)入導(dǎo)風(fēng)殼10冷卻燃燒室9并對(duì)增壓富氧空氣進(jìn)行第二次預(yù)熱。所述燃料供給系統(tǒng)中的可控流量閥8可以根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，選用分級(jí)流量控制閥、無級(jí)流量控制閥或脈沖式流量控制閥。所述富氧空氣預(yù)熱器11為逆流間壁式高效換熱器，微型燃?xì)廨?4排出的做功尾氣(高溫)走內(nèi)側(cè)，對(duì)經(jīng)過兩次預(yù)熱的帶壓富氧空氣在外側(cè)進(jìn)行第三次預(yù)熱。所述微型燃?xì)廨?4的渦輪葉片為中空可通氣散熱，或微型燃?xì)廨啽巢坑猩岢崞赏馍幔蕴岣呷細(xì)廨喌哪蜔崮芰?。本發(fā)明的工件原理是燃料供給系統(tǒng)中的燃料從燃料箱6開始經(jīng)過燃料輸送泵7 抽送至可控流量閥8，然后進(jìn)入燃燒室9。與此同時(shí)，增壓富氧空氣供給系統(tǒng)開始工作。增壓富氧空氣發(fā)生器1產(chǎn)生含氧體積濃度為23% 40%的大于大氣壓的增壓富氧空氣，該股增壓富氧空氣流首先流經(jīng)高頻發(fā)電機(jī)導(dǎo)風(fēng)罩2，對(duì)高頻發(fā)電機(jī)3進(jìn)行冷卻，接著流經(jīng)導(dǎo)風(fēng)殼 10，對(duì)燃燒室9進(jìn)行冷卻，以此防止燃燒室壁溫度過高，然后進(jìn)入富氧空氣預(yù)熱器11 (第二進(jìn)氣口 f進(jìn)，第二出氣口 g出)，與從微型燃?xì)廨?4排出的尾氣(第一進(jìn)氣口 d進(jìn)，第二出氣口 e出)進(jìn)行熱交換，使一部分尾氣熱量轉(zhuǎn)移到增壓富氧空氣流中，這樣一方面提高了進(jìn)氣溫度，有利于燃燒過程的進(jìn)行；另一方面回收了尾氣所含之能量，從整體上提高了燃燒效率，最后，增壓富氧空氣進(jìn)入燃燒室9中，和燃料進(jìn)行混合燃燒。燃燒產(chǎn)生的大量高溫高壓氣體(經(jīng)燃?xì)馀懦隹?c)進(jìn)入微型燃?xì)廨?4，驅(qū)動(dòng)微型燃?xì)廨?4的主軸旋轉(zhuǎn)。進(jìn)一步地，微型燃?xì)廨?4通過傳動(dòng)軸13驅(qū)動(dòng)高頻發(fā)電機(jī)3旋轉(zhuǎn)并發(fā)電。高頻發(fā)電機(jī)3發(fā)出的電能通過電力變換電路4的調(diào)整后輸送到電網(wǎng)5中。為了控制燃燒產(chǎn)生的NOx的排放水平，必須降低燃燒室9內(nèi)的燃燒溫度。為了達(dá)到這一目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是稀薄燃燒。如圖1所示，本發(fā)明設(shè)置了一個(gè)燃燒控制系統(tǒng)來控制進(jìn)入燃燒室9的燃料和增壓富氧空氣的比例。燃燒控制系統(tǒng)包含一個(gè)氧燃比控制器15，該氧燃比控制器15通過實(shí)時(shí)采集安裝在增壓富氧空氣發(fā)生器1出口處的空氣流量傳感器17和安裝在空氣流量傳感器17的出口與高頻發(fā)電機(jī)導(dǎo)風(fēng)罩2進(jìn)氣口之間流道上的氧濃度傳感器16的數(shù)據(jù)來計(jì)算進(jìn)入燃燒室9的氧氣量，通過該氧氣量計(jì)算出該時(shí)刻需要供給的燃料流量。氧燃比控制器15隨即輸出控制信號(hào)給可控流量閥8，使可控流量閥8調(diào)節(jié)其開度來控制燃料流量的大小。與此同時(shí)，安裝在燃燒做功系統(tǒng)之燃?xì)馀懦隹?c與微型燃?xì)廨?4的進(jìn)氣口之間流道上的溫度傳感器12把燃燒室9出口氣體的溫度信號(hào)傳送給氧燃比控制器15，氧燃比控制器15根據(jù)該溫度反饋信號(hào)不斷修正輸出給可控流量閥8的控制信號(hào)量的大小。從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種微型全風(fēng)富氧燃燒的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)，其特征在于所述發(fā)電機(jī)包括燃料供給系統(tǒng)、增壓富氧空氣供給系統(tǒng)、燃燒做功系統(tǒng)、燃燒控制系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)和能量回收系統(tǒng)，其中燃料供給系統(tǒng)從外到內(nèi)順序包括燃料箱(6)、燃料輸送泵(7)和可控流量閥(8)，可控流量閥(8)的輸出端接燃燒做功系統(tǒng)之燃燒室(9)的輸入端；增壓富氧空氣供給系統(tǒng)包括一增壓富氧空氣發(fā)生器(1)，增壓富氧空氣發(fā)生器(1)的進(jìn)氣口和大氣連通，該發(fā)生器的出氣口串接一個(gè)空氣流量傳感器(17)后連接至發(fā)電系統(tǒng)之高頻發(fā)電機(jī)導(dǎo)風(fēng)罩O)的進(jìn)氣口，另一出氣口與大氣接通；燃燒做功系統(tǒng)包括燃燒室(9)和微型燃?xì)廨?14)，所述燃燒室(9)具有一個(gè)燃料進(jìn)入口(a)、一個(gè)增壓富氧空氣進(jìn)入口(b)和一個(gè)燃?xì)馀懦隹?c)，其中燃料進(jìn)入口(a)連接燃料供給系統(tǒng)之可控流量閥(8)，燃?xì)馀懦隹?c)連接微型燃?xì)廨?14)的進(jìn)氣口 ；燃燒控制系統(tǒng)包括一個(gè)氧燃比控制器(15)，該氧燃比控制器(1 的一個(gè)信號(hào)輸入端通過信號(hào)線與安裝在空氣流量傳感器(17)的出口與高頻發(fā)電機(jī)導(dǎo)風(fēng)罩(2)入口之間流道上的氧濃度傳感器(16)連接，另一個(gè)信號(hào)輸入端通過信號(hào)線連接空氣流量傳感器(17)，第三個(gè)信號(hào)輸入端通過信號(hào)線與安裝在燃燒做功系統(tǒng)之燃?xì)馀懦隹?c)與微型燃?xì)廨?14) 的進(jìn)氣口之間流道上的溫度傳感器(1 相連，該氧燃比控制器(1 的信號(hào)輸出端通過信號(hào)線連接燃料供給系統(tǒng)之可控流量閥(8)；發(fā)電系統(tǒng)包括高頻發(fā)電機(jī)C3)和電力變換電路G)，高頻發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸通過傳動(dòng)軸 (13)與燃燒做功系統(tǒng)之微型燃?xì)廨?14)的轉(zhuǎn)軸相連，高頻發(fā)電機(jī)(3)與電力變換電路(4) 相連，電力變換電路接入電網(wǎng)(5)；能量回收系統(tǒng)包括富氧空氣預(yù)熱器(11)、高頻發(fā)電機(jī)導(dǎo)風(fēng)罩(2)和導(dǎo)風(fēng)殼(10)，所述富氧空氣預(yù)熱器(11)的第一進(jìn)氣口(d)與燃燒做功系統(tǒng)之微型燃?xì)廨?14)的出氣口連通，富氧空氣預(yù)熱器(11)的第一出氣口(e)和大氣連通，富氧空氣預(yù)熱器(11)的第二出氣口(g)與燃燒做功系統(tǒng)之增壓富氧空氣進(jìn)入口(b)連通，富氧空氣預(yù)熱器(11)的第二進(jìn)氣口(f)與導(dǎo)風(fēng)殼(10)連通，高頻發(fā)電機(jī)導(dǎo)風(fēng)罩(2)的進(jìn)氣口與燃燒控制系統(tǒng)之空氣流量傳感器(17)的出口連通，高頻發(fā)電機(jī)導(dǎo)風(fēng)罩O)的出氣口與導(dǎo)風(fēng)殼(10)連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型全風(fēng)富氧燃燒的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)，其特征在于燃燒室(9) 置于導(dǎo)風(fēng)殼(10)的內(nèi)腔里且二者之間的空間即是富氧空氣流道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型全風(fēng)富氧燃燒的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)，其特征在于對(duì)燃料進(jìn)行助燃的氣體是普通空氣通過增壓富氧空氣發(fā)生器(1)后所獲得的增壓富氧空氣，該增壓富氧空氣的壓力大于空氣壓力，氧氣體積含量大于21 %。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的微型全風(fēng)富氧燃燒的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)，其特征在于 在燃料輸送泵(7)的兩端旁路一個(gè)溢流閥(18)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的微型全風(fēng)富氧燃燒的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)，其特征在于 能量回收系統(tǒng)中的導(dǎo)風(fēng)殼(10)與高頻發(fā)電機(jī)導(dǎo)風(fēng)罩O)串接為一個(gè)整體外殼。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的微型全風(fēng)富氧燃燒的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)，其特征在于 所述可控流量閥(8)為分級(jí)流量控制閥、無級(jí)流量控制閥或脈沖式流量控制閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的微型全風(fēng)富氧燃燒的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)，其特征在于 所述富氧空氣預(yù)熱器(11)為逆流間壁式換熱器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的微型全風(fēng)富氧燃燒的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)，其特征在于 所述微型燃?xì)廨?14)的渦輪葉片為中空或微型燃?xì)廨啽巢坑猩岢崞?br>
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微型全風(fēng)富氧燃燒的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)。本發(fā)明的目的是提供一種減少污染、提高燃?xì)廨單矚鉄峁厥掌肺?、熱效率高于傳統(tǒng)燃?xì)廨啺l(fā)電裝置的微型全風(fēng)富氧燃燒的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)。本發(fā)明的技術(shù)方案是微型全風(fēng)富氧燃燒的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)，其特征在于所述發(fā)電機(jī)由燃料供給系統(tǒng)、增壓富氧空氣供給系統(tǒng)、燃燒做功系統(tǒng)、燃燒控制系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)和能量回收系統(tǒng)組成。本發(fā)明適用于小型燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)。
文檔編號(hào)H02K9/04GK102287266SQ201110197750
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者熊樹生, 胡振民, 陳宗蓬 申請(qǐng)人:江西惟思特科技發(fā)展有限公司