[發(fā)明專利]一種高效低污染核心機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710095149.6
• 申請(qǐng)日: 2017-02-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106895439B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 產(chǎn)世寧;邢菲;張凱麗;胡好生;羅燦;蔡江千;阮燦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號(hào): F23R3/02
• 分類號(hào): F23R3/02;F23R3/42
• 代理公司: 廈門南強(qiáng)之路專利事務(wù)所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應(yīng)森

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)，尤其是涉及一種高效低污染核心機(jī)。

背景技術(shù)

燃?xì)廨啓C(jī)作為現(xiàn)代制造業(yè)的“動(dòng)力之源”隨技術(shù)發(fā)展需要不斷優(yōu)化，催生了一種新型的波轉(zhuǎn)子技術(shù)。波轉(zhuǎn)子可替代燃?xì)廨啓C(jī)中原有的高壓壓氣機(jī)、高壓渦輪和軸，并具有降低耗油率、提高單位功率、提高熱效率和減重等優(yōu)點(diǎn)，且不需要對(duì)原有燃?xì)廨啓C(jī)做重大改動(dòng)，對(duì)未來(lái)燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展指明了一條新型道路。波轉(zhuǎn)子操作中要求空氣與燃燒產(chǎn)物完全分離，但實(shí)際操作中不可避免會(huì)存在摻混，降低了波轉(zhuǎn)子的工作效率。

隨著世界各國(guó)對(duì)環(huán)境的不斷重視，工業(yè)排放的要求也越來(lái)越高，這就要求研究新型的低污染燃燒方式，因此出現(xiàn)了“無(wú)焰燃燒”的概念。無(wú)焰燃燒最直觀的特點(diǎn)是燃燒過(guò)程沒(méi)有明顯火焰面，燃燒空間彌散到更大的范圍內(nèi)，整個(gè)空間內(nèi)溫度分布均勻且污染物排放低。但實(shí)現(xiàn)無(wú)焰燃燒的條件相對(duì)苛刻，基本條件是高溫低氧，這對(duì)燃燒室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和在燃?xì)廨啓C(jī)的操作范圍穩(wěn)定燃燒提出了巨大挑戰(zhàn)，如何實(shí)現(xiàn)高溫低氧混氣組織穩(wěn)定燃燒是個(gè)難題。

美國(guó)專利US2399394A提出一種波轉(zhuǎn)子壓力交換器。該專利提出了波轉(zhuǎn)子的機(jī)械特征——轉(zhuǎn)靜子的定性結(jié)構(gòu)、原理——激波(或壓縮波)與膨脹波完成增壓、膨脹；提及兩股工質(zhì)；但未提及波轉(zhuǎn)子的煙氣回流現(xiàn)象，也未提及回流煙氣對(duì)無(wú)焰燃燒的任何貢獻(xiàn)。

美國(guó)專利US2461186A提出一種將波轉(zhuǎn)子組裝到燃?xì)廨啓C(jī)的方式。該專利提出波轉(zhuǎn)子與低壓壓氣機(jī)、低壓渦輪、燃燒室的工作配合關(guān)系；但未提及波轉(zhuǎn)子的煙氣回流現(xiàn)象，也未提及回流煙氣對(duì)無(wú)焰燃燒的任何貢獻(xiàn)。

中國(guó)專利CN1031422C提出一種氣波增壓器，即汽車發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域?qū)Α安ㄞD(zhuǎn)子”概念的另一種名稱。該專利提出了一種主要尺寸值固定的氣波增壓器結(jié)構(gòu)；但未提及波轉(zhuǎn)子在燃?xì)廨啓C(jī)中的任何組裝方式或功能。

中國(guó)專利CN101625130A提出一種無(wú)焰燃燒組織結(jié)構(gòu)。該燃燒室利用燃燒室內(nèi)部機(jī)械的回流結(jié)構(gòu)形成大量的回流煙氣，與空氣摻混達(dá)到提高空氣溫度并稀釋空氣的目的。但物理的回流結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜且回流煙氣與空氣摻混過(guò)程不易控制，不利于形成穩(wěn)定的無(wú)焰燃燒。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供可有效縮小傳統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)的核心機(jī)體積，提高工作效率，組織穩(wěn)定燃燒且降低氮氧化物等污染物排放的一種高效低污染核心機(jī)。

本發(fā)明設(shè)有波轉(zhuǎn)子、管道、燃料進(jìn)口和無(wú)焰燃燒室；所述波轉(zhuǎn)子包括一個(gè)轉(zhuǎn)子、進(jìn)氣端口盤和出氣端口盤，進(jìn)氣端口盤和出氣端口盤分別設(shè)于轉(zhuǎn)子的兩側(cè)；所述轉(zhuǎn)子上有一圈并聯(lián)的氣流通道，所述進(jìn)氣端口盤上設(shè)有波轉(zhuǎn)子空氣進(jìn)口和回流煙氣進(jìn)口，所述出氣端口盤上設(shè)有高溫低氧混氣出口和煙氣出口；所述波轉(zhuǎn)子空氣進(jìn)口、回流煙氣進(jìn)口、高溫低氧混氣出口和煙氣出口作為氣體工質(zhì)的進(jìn)出口；轉(zhuǎn)子與進(jìn)氣端口盤和出氣端口盤的相對(duì)旋轉(zhuǎn)使得轉(zhuǎn)子通道進(jìn)出口周期性地打開(kāi)、關(guān)閉，從而觸發(fā)適當(dāng)?shù)姆嵌ǔ＜げ?或壓縮波)、膨脹波，實(shí)現(xiàn)波轉(zhuǎn)子的增壓、膨脹功能；所述管道連接波轉(zhuǎn)子與無(wú)焰燃燒室構(gòu)成流道，使得進(jìn)入管道的回流煙氣與空氣混合，形成高溫低氧混氣；所述燃料進(jìn)口設(shè)在管道或/和無(wú)焰燃燒室上。

所述無(wú)焰燃燒室可采用傳統(tǒng)的單筒燃燒室，不需要為形成無(wú)焰燃燒而增加機(jī)械結(jié)構(gòu)；實(shí)現(xiàn)無(wú)焰燃燒，使得燃燒產(chǎn)物溫度更均勻，燃燒性能優(yōu)化，且降低氮氧化物等污染排放。

所述波轉(zhuǎn)子空氣進(jìn)口角度可為78±5°，高溫低氧混氣出口角度可為77±5°，回流煙氣進(jìn)口角度可為67±5°，煙氣出口角度可為58±5°；波轉(zhuǎn)子空氣進(jìn)口與回流煙氣進(jìn)口中心位置相距可為163°±5°，高溫低氧混氣出口與煙氣出口中心位置相距可為133±5°。

本發(fā)明在進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，空氣進(jìn)入波轉(zhuǎn)子增壓，利用波轉(zhuǎn)子并列通道中非定常的內(nèi)部流動(dòng)，自發(fā)地冷卻波轉(zhuǎn)子，既可以提高單位功率，又可以提高熱效率。調(diào)整波轉(zhuǎn)子的工作狀態(tài)可以有效地控制煙氣與空氣的混合比例，再經(jīng)管道充分混合形成高溫低氧氣體。隨后，該高溫低氧氣體在燃燒室自燃，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的無(wú)焰燃燒，不需要持續(xù)點(diǎn)火。燃燒后低排放的氣體又通過(guò)管道回流進(jìn)入波轉(zhuǎn)子膨脹并壓縮波轉(zhuǎn)子內(nèi)的空氣，最后溫度和壓力降低后的氣體進(jìn)入渦輪繼續(xù)膨脹做功，作為燃?xì)獍l(fā)生器，實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)核心機(jī)的功能。

本發(fā)明可以有效結(jié)合波轉(zhuǎn)子與無(wú)焰燃燒的優(yōu)點(diǎn)，提高燃?xì)廨啓C(jī)核心機(jī)的性能；采用波轉(zhuǎn)子部件，利用波轉(zhuǎn)子自發(fā)冷卻壁面的特性承受更高的循環(huán)最高溫度，突破常規(guī)燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪進(jìn)口溫度限制，提高循環(huán)最高溫度進(jìn)而提高燃?xì)廨啓C(jī)功率與效率；采用無(wú)焰燃燒技術(shù)，組織穩(wěn)定高效燃燒，降低燃?xì)廨啓C(jī)污染物排放；將波轉(zhuǎn)子與無(wú)焰燃燒結(jié)合起來(lái)，發(fā)揮兩項(xiàng)新技術(shù)的互補(bǔ)作用，在兼顧性能與環(huán)保特性的同時(shí)縮小核心機(jī)體積，提高燃?xì)廨啓C(jī)的工作效率。