[发明专利]变汽锅炉

说明书

技术领域

本发明涉及热能动力利用领域，具体是一种变汽锅炉。

背景技术

热能的动力利用，是指通过各种热能动力装置将热能转换成机械能或者再转换成电能加以利用，为人类的日常生活和工农业及交通运输提供动力。要实现热能的动力利用，离不开各种热能转换装置，如蒸汽动力装置、内燃机、燃气轮机装置等为常用热能转换装置，其工作原理如下：

1、蒸汽动力装置的工作原理

简单的蒸汽动力装置由锅炉汽轮机水泵和冷凝器等设备组成。

燃料在锅炉内燃烧，其化学能转变为热能，产生高温烟气，锅炉内的水吸收烟气的热量变为水蒸汽，当它流经过热器时，继续吸热，温度进一步提高，变为过热蒸汽。此时，蒸汽的温度、压力比外界介质(空气)的高，具有做功能力。当它被导入汽轮机后，先通过喷管并在其中膨胀，压力、温度降低，而速度增大，热能转换成了汽流的动能，这种高速汽流冲击推动叶片，带动叶轮旋转，汽流的速度减低，动能转化为叶轮的机械能，通过轴转动向外做功。膨胀后的乏汽，压力、温度都较低，进入冷凝器后向冷却水放热，而凝结成水，并由泵升压后打入锅炉加热，重新作热循环。

2、燃气轮机装置的结构和工作原理

最简单的燃气轮机是由压气机、燃气轮机和燃烧室组成。

空气和燃料分别经压气机和泵增压后送入燃烧室，在其中混合并燃烧，释放出热能。燃烧所产生的燃气吸热后，压力增高，然后流入燃气轮机，边膨胀边作功，作功后的气体排向大气并放热，重复上述过程，完成能量转换过程。

3、内燃机的工作原理

内燃机工作特点是，燃料在气缸内燃烧，所产生的燃气直接推动活塞作功。

开始，活塞向下移动，进气阀开放，排气阀关闭，汽油和空气混合气进入气缸。当活塞到达最低位置后，改变运动方向，而向上移动，这时，进排气阀关闭，缸内气体受到压缩。压缩终了，电火花塞将燃料气点燃。燃料燃烧所产生的燃气在缸内膨胀，向下推动活塞而做功，当活塞再次上行时，进气阀关闭，排气阀打开，作功后的烟气排向大气。重复上述过程连续作功。

上述几种常见热能转换装置的结构和工作原理虽各不相同，但分析后不难发现：这几种热能转换装置都是把燃料的化学能通过工质转化成动能，再推动机械做功的能量转换器。由于，上述装置都采用的是单一的燃气或蒸气作为工质，只有在高压状态下，燃料燃烧后的热能才能转换成工质的动能，推动机械做功。因此只有获得高压、保持高压，才能获得一定的热能转换效果，进而对机械结构有所限制，如：1、水在锅炉里依靠不断吸收热能蒸发蒸汽，才能保证蒸汽的高压状态，要有足够的传热面才能满足蒸发蒸汽的需要，除了尽可能的扩大燃烧室的传热面外，还要延长锅炉的长度，安装既多又长的烟管扩大蒸发面；2、锅炉要保持高压，还必须为了保证锅炉的安全，在锅炉内部又布满了各种密密麻麻的螺撑；3、从锅炉内出来的只是一百余度的饱和蒸汽，水分多，膨胀力差，热能利用效果低，要提高热能利用效果还要在烟箱内安装过热箱，在烟管内安装烟管。

但是尽管有上述笨重复杂的结构，燃气的热能也不能被蒸汽完全吸收，从水到过热蒸汽送往气轮机作功，都是在封闭过程中完成的，燃气的热能只能通过传热才能被水和蒸汽完全吸收，当内外的温度相等后，燃气的剩余热能只能被排向大气。

另外，燃气轮机装置要依靠压气机提供高压空气，压缩空气最少要消耗百分之五十的机械能，要提高燃烧的温度，其燃烧室就要采用昂贵的耐高温材料制造，要提高热能利用效果还要采用复杂结构的回热技术，即便是如此，也只能把它的有效热效率提高至百分之五十左右。而内燃机是依靠活塞上下运动吸收空气，并把它压缩至高压状态吸收热能完成做功的，看似简单，要提高功率就要增加气缸数，还要用曲轴把它们连接起来，增加的气缸数越多，结构越复杂。内燃机要把空气压缩至高压状态，同样，要消耗百分之五十以上的机械能，加之燃气带走的热能，即便是采用斯特林式的内燃机，其热能转化效果也只能达到百分之五十左右，进而限制了热能动力利用的发展。

发明内容

本发明为了解决现有热能转换装置存在的结构复杂、热能转换效率不高、热能动力利用受限等问题，提供了一种变汽锅炉。