[发明专利]环形边界层气体涡轮机

说明书

本申请是申请号为200980142490.6，申请日为2009年10月29日，发明名称为“环形边界层气体涡轮机”的中国专利申请的分案申请。

本申请要求2008年10月30日提交的序列号为61/109,660的美国临时专利申请的申请日的权益，该申请所公开的内容合并于此作为参考。

技术领域

本文公开的本发明的实施方案非限制性地涉及涡轮机以及发电的方法。

背景技术

现有技术中的涡轮机和发电机利用边界层效应来发电，例如在美国专利No.1,061,206(Tesla)以及No.7,341,424(Dial)中公开的那样，这样的涡轮机和发电机存在的问题是动力输出和效率受到限制。

根据Tesla的教导的现有技术的涡轮机和发电机未能利用Tesla设计的简单性来产生最大化的动力输出，在本领域存在对于改进涡轮机和发电机的需求。

发明内容

通过提供围绕圆盘组件的圆周延伸的燃烧室，一种相对简单的构造就能产生相当高的效率和相当大的动力输出。这种配置使得空气和燃料能够围绕燃烧室直接混合，以保证燃料的完全燃烧。这使得空气和燃料能够围绕燃烧室在圆周方向上的多个位置进行混合，从而通过允许更多燃料以有效方式进行消耗以及通过对燃烧产物施加更大的旋转运动而增大动力输出。

通过使得空气和燃料以相切方向进入燃烧室，由于施加在围绕燃烧室旋转的燃料和空气上的离心力的作用，燃料的燃烧能够遏制在燃烧室的外周边周围。离心力保证了在被排放以进行燃料的最优利用之前，燃烧产物在克服来自圆盘组件的离心力和向外压力之前基本上完全反应。

通过捕获涡轮机之外的空气并且使其能够基本上旋转地下落穿过形成于空气入口和燃烧室之间的厚度，可以在燃烧室的外周边周围以垂直于其初始方向的方式提供空气，从而仿效了燃烧室中的旋转流动。

附图说明

图1示出了根据本发明的示例性实施方案的燃烧涡轮机。

图2示出了根据本发明的示例性实施方案的燃烧涡轮机的剖面图。

图3示出了根据本发明的示例性实施方案的喷嘴环和圆盘组件的剖面图。

图4示出了根据本发明的示例性实施方案的喷嘴环和圆盘组件的剖面图。

图5A至图5B示出了根据本发明的示例性实施方案的空气喷嘴。

图6示出了根据本发明的示例性实施方案的空气喷嘴和燃烧室的剖面图。

图7A至图7B示出了根据本发明的空气喷嘴和燃烧室的其它示例性实施方案。

在附图中，在不同的图中相似的附图标记表示对应的部件。

具体实施方式

图1示出了涡轮机100，该涡轮机100可以包括燃烧外壳10、喷嘴环30以及圆盘组件50。圆盘组件50支持驱动轴60，从而使得驱动轴60承受圆盘组件50的旋转。圆盘组件50经由驱动轴60将动力输出从涡轮机100之内传递至另一设备(例如，发电机或泵)。涡轮机轴线61位于驱动轴60的面的几何中心。涡轮机轴线沿着轴60在纵向方向上延伸。

燃烧外壳10在其中承载燃烧室3，该燃烧室3位于涡轮机轴线61周围，并且燃烧过的流体穿过该燃烧室从而经由轴60而发电。燃烧外壳10具有外侧表面1和内侧表面2。根据本发明的示例性实施方案，燃烧外壳10可以由能够承受高热应力和热冲击的任何材料(例如但不限于，氧化铝、石墨、碳化硅(SiC)等等)通过已知的加工和/或模制工艺进行制造或设计。可替代地，对于较小型的应用，本发明的这个示例性实施方案可以由不锈钢通过已知的加工和/或模制工艺进行制造或设计。然而，本领域技术人员将会认识到，用于形成涡轮机100的燃烧外壳10的材料对于本发明而言不是最关键的，并且可以包括服务于在根据本发明的各个实施方案中列举的目的的任何材料或其组合物。

根据在图1中示出的本发明的示例性实施方案，内侧表面2可以基本上包围燃烧室3。在本发明的另一个示例性实施方案中，内侧表面2可以产生环形燃烧室3。在又一个示例性实施方案中，内侧表面2可以产生环形燃烧室3，该燃烧室3的横截面基本上是圆整的(例如，圆形或椭圆形或具有圆整边缘的任何其它形状)。在另一个示例性实施方案中，内侧表面2可以包围喷嘴环30、圆盘组件50和/或驱动轴60。根据本发明的另一个示例性实施方案，内侧表面2可以基本上与涡轮机100的内部部分接触。本领域技术人员还会认识到，可以存在于燃烧外壳10之内的那些零件可以基本上与燃烧外壳10的内侧表面2接触。