具有空气增压功能的热源及换热系统的制作方法

本实用新型属于换热技术领域，尤其涉及具有空气增压功能的热源及换热系统。

背景技术：

换热系统是用于实现对流传热及热传导的系统，一般包括换热器，供应热流体的热源，和供应冷流体的冷却源，换热器可使热量从热源提供的热流体传递到冷却源的冷流体，以满足使用需求。采用燃料燃烧产热的燃烧装置是常用的换热系统热源之一，这类热源多采用电机带动高速电风扇，将空气吹入燃烧室和燃料混合燃烧，从而产生的高温气体作为热源。

但是，采用这种热源进入燃烧室的空气量受制于电风扇的功率和转速，空气流量较小，空气密度无法增加，使得供给燃料的空气有限，燃料的燃烧速度和燃烧效率均受到了限制，尤其是空气氧含量较低的环境如海拔较高的地区，这种热源装置无法为燃料燃烧提供足够的空气，会导致燃料的燃烧速度过慢，且在环境温度较低的情况下，其引入燃烧室的空气温度较低，也会容易导致燃料燃烧速度下降，供热效果差，影响换热系统的正常使用。同时，由于这类热源设备的功率密度较小，能产生的高温气体少，故无法作为高功率密度的大功率热源，且多存在设备体积和自重较大，难以实现小型化的缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

本实用新型提出了具有空气增压功能的热源及换热系统，解决了现有换热系统热源在低温、低气压环境下，供热效果差的技术问题，该热源能提高燃料燃烧速度和燃烧效率，实现快速升温供热，且该热源具有燃烧稳定、功率密度大的优点，能够作为高功率密度的大功率热源，可实现设备的小型化。

本申请一方面公开了一种具有空气增压功能的热源，用于为换热系统提供热量，至少包括：

一燃烧机构，燃烧燃油以产生高温气体，所述燃烧机构设有空气入口和高温气体出口；

一增压进气机构，进一步包括一压气机和一启动器，所述压气机的出风侧连通所述空气入口，以向所述燃烧机构供应增压后的空气，所述压气机设有压轮和扩压器，所述启动器连接并驱动所述压轮转动；

一涡轮排气机构，进一步包括一涡轮，所述涡轮与所述压轮同轴设置，所述涡轮的进风侧连通所述高温气体出口，以排出所述燃烧机构产生的高温气体；

一转轴，两端分别安装有所述压气机的压轮和所述涡轮，以使所述压轮和所述涡轮同步转动；及

一转轴润滑机构，用于减小所述转轴的转动阻力。

在其中一些实施例中，所述燃烧机构进一步包括一燃烧室，所述空气入口和高温气体出口开设于所述燃烧室的室壁，所述转轴贯穿所述燃烧室，且所述压气机和所述涡轮排气机构分设于所述燃烧室两侧。

在其中一些实施例中，所述转轴润滑机构包括中间体，所述中间体进一步包括：

一支撑体，内设有机油容纳腔，且开设有进油口和出油口，所述支撑体一端固定连接所述扩压器；及

一轴承组件，所述转轴贯穿所述机油容纳腔，且通过所述轴承组件转动连接所述支撑体，所述支撑体内设有连通所述机油容纳腔与所述轴承组件的各轴承的油路，以向所述轴承组件的各轴承供应润滑机油。

在其中一些实施例中，所述轴承组件进一步包括：

一前滑动轴承，固定安装于所述支撑体内，且靠近所述增压进气机构设置；

一止推轴承，设于所述支撑体内，位于所述前滑动轴承和所述扩压器之间，所述止推轴承套设于所述转轴上，且其轴承外圈可相对于所述转轴转动；及

一后滑动轴承，固定安装于所述支撑体内，且靠近所述涡轮排气机构设置；所述转轴贯穿所述支撑体，且通过所述前滑动轴承和所述后滑动轴承转动连接所述支撑体。

在其中一些实施例中，所述燃烧机构进一步包括套设于所述燃烧室外的壳体，所述壳体开设有进气口和排气口，所述进气口、所述排气口、所述燃烧室和所述转轴的中轴线共线设置；所述压气机和所述涡轮排气机构均固定安装于所述壳体内，且所述压气机靠近所述进气口设置，所述涡轮排气机构靠近所述排气口设置。

在其中一些实施例中，所述中间体贯穿所述燃烧室，所述转轴润滑机构进一步包括：

至少一个机油进管，出油端连接所述进油口，及

至少一个机油出管，进油端连接所述出油口；

所述燃烧室侧壁对应所述机油进管开设第一安装孔，对应所述机油出管开设第二安装孔，所述机油进管的进油端自所述第一安装孔穿出所述燃烧室，所述机油出管的出油端自所述第二安装孔穿出所述燃烧室；

所述壳体对应所述机油进管开设第三安装孔，对应所述机油出管开设第四安装孔；所述机油进管的进油端依次穿过所述第一安装孔和所述第三安装孔，以穿出所述壳体，且所述机油进管密封连接所述第三安装孔；所述机油出管的出油端依次穿过所述第二安装孔和所述第四安装孔，以穿出所述壳体，且所述机油出管密封连接所述第四安装孔。

在其中一些实施例中，所述燃烧机构进一步包括：

一点火器，固定安装于所述燃烧室内；

至少一燃油管，用于供给燃油，及

多个燃油蒸发管，连接所述燃油管，且固定安装于所述燃烧室内；

在其中一些实施例中，所述启动器设于所述壳体外，且靠近所述进气口设置，所述启动器设为转动电机；

在其中一些实施例中，所述燃烧室侧壁为圆柱形，所述壳体为侧壁为圆柱形。

在其中一些实施例中，所述启动器的驱动轴连接所述转轴的一端，以驱动所述压轮和所述涡轮同步转动，所述扩压器设于所述压轮和所述燃烧室之间，所述转轴穿过所述扩压器与所述转轴润滑机构连接；所述燃烧室的室壁开设有多个所述空气入口，所述燃烧室与所述壳体间存在间隙，所述燃烧室与所述支撑体间存在间隙，所述燃烧室与所述扩压器间存在间隙，以供经所述增压进气机构增压的空气自所述空气入口进入所述燃烧室。

在其中一些实施例中，所述高温气体出口为环形出风口，所述涡轮排气机构进一步包括一导叶，所述导叶固定安装于所述壳体内，所述导叶靠近所述环形出风口设置，且所述导叶设于所述涡轮和所述环形出风口之间，所述导叶的进风侧连通所述环形出风孔，所述导叶的出风侧连通所述涡轮的进风侧。

本申请另一方面公开了一种换热系统，包括换热器，且采用上述的热源产生的高温气体作为所述换热器供热的热流体。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

如上所述的具有空气增压功能的热源及换热系统，解决了现有换热系统热源在低温、低气压环境下，供热效果差的技术问题，该热源能提高燃料燃烧速度和燃烧效率，实现快速升温供热，且该热源具有燃烧稳定、功率密度大的优点，能够作为高功率密度的大功率热源，可实现设备的小型化。具体而言：

1)在低温、低气压环境，该热源通过压气机与涡轮的配合能够为燃烧机构提供充足且温度较高的空气，使燃烧室内的燃油快速、充分、稳定燃烧，提高燃烧速度和燃烧效率，实现对换热器的快速升温供热。

2)该热源的功率密度，其产生的高温气体有温度高、流速高、流量大、静压大的特点，能够作为高功率密度的大功率热源，有利于实现设备小型化。

3)优先方案中，该热源采用中间体作为转轴的润滑冷却结构，相较于采用轴承等普通润滑结构，可有效延长装置的使用寿命。且进一步将为中间体供应机油的机油进管和机油出管设计为穿设于燃烧室中的结构，可对进入中间体的机油进行预热，降低机油粘度，降低滑动轴承阻力，进而降低燃烧加热器的转轴运行阻力，减小了燃烧热转换为机械能的比例和设备磨损。从而保证中间体对转轴的润滑效果，进一步减少磨损，延长热源使用寿命。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为根据本实用新型实施例的具有空气增压功能的热源的剖面结构示意图；

图2为本实施例的热源的优选设计方案的剖面结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。基于本实用新型提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本实用新型应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本实用新型公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本实用新型揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本实用新型公开的内容不充分。

在本实用新型中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本实用新型的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本实用新型所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本实用新型所涉及的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本实用新型所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本实用新型所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本实用新型所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本实用新型所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。

本申请实施例提供了具有空气增压功能的热源，用于为换热系统提供热量，图1根据本实用新型实施例的热源的剖面结构示意图。参考图1所示，该热源至少包括燃烧机构1，壳体3，增压进气机构，涡轮排气机构6，转轴2，以及用于减小转轴2的转动阻力的转轴润滑机构；燃烧机构1通过燃烧燃油以产生高温气体作为加热装置供热的热源，燃烧机构1设有空气入口15和高温气体出口；增压进气机构具体包括压气机4和用于启动压气机4的启动器5，压气机4出风侧连通(通过气流连接)空气入口15，空气流过压气机4时，压气机4的压轮41和扩压器42对气流做功，使气流的压力，温度升高，以向燃烧机构1供应增压后的空气，从而提高进入燃烧机构1内的空气量和温度，以为燃油燃烧提供充足、温度较高的空气，从而使燃烧机构内的燃油快速、充分燃烧；压气机4设有压轮41和扩压器42，启动器5驱动连接压轮41，已在设备开启阶段驱动压气机4的压轮41转动，启动压气机4；涡轮排气机构具体包括涡轮61，涡轮61与压轮41同轴设置，涡轮61的进风侧连通高温气体出口，以将燃烧机构1产生的高温气体导出作为换热器的热源；转轴2两端分别安装有压轮41和涡轮排气机构6的涡轮61，以使压轮41和涡轮61同步转动。

本实施例还公开了一种换热系统，包括换热器，且采用上述的热源产生的高温气体作为所述换热器供热的热流体。

上述热源能够为燃烧机构1提供充足的空气，使燃油快速、充分燃烧，提高燃烧速度和燃烧效率，实现快速升温供热，该热源尤其适用于低温、低气压环境，能在这种环境下，通过压气机4和涡轮排气机构6的涡轮61配合增压进入燃烧室的空气，为燃料燃烧提供充足的空气，压气机4对空气做功还能够升高进入燃烧机构内的空气的温度，进而提高燃烧速度和燃烧效率，实现快速升温供热，保证为换热系统供热的供热效果。该热源具有功率密度大的优点，其产生的高温气体有温度高、流速高、流量大的特点，能够作为高功率密度的大功率热源，有利于实现设备小型化。

其中，燃烧机构1具体包括燃烧室11，空气入口15和高温气体出口均开设于燃烧室11的室壁，转轴2贯穿燃烧室11，压气机4和涡轮排气机构6分设于燃烧室11两侧。

其中，为了提高热源的使用寿命，转轴润滑机构设为中间体7，中间体的结构具体包括支撑体71和轴承组件，支撑体71内设有机油容纳腔72，转轴2贯穿机油容纳腔72，机油容纳腔72开设有进油口和出油口以向机油容纳腔72冲入润滑机油，以润滑和冷却转轴2；转轴2通过轴承组件转动连接支撑体71，支撑体71内设有连通机油容纳腔72与轴承组件的各轴承的油路78，以向轴承组件的各轴承供应润滑机油，中间体7能够保证对转轴2的润滑和冷却效果，减少设备磨损，故相较于普通的轴承结构，以中间体7作为转轴2的润滑冷却结构具有更长的使用寿命。

具体的，为了确保转轴2的润滑效果和装置的使用寿命，轴承组件的具体结构包括前滑动轴承73、止推轴承74和后滑动轴承75；前滑动轴承73固定安装于支撑体71内，且靠近压气机4设置，后滑动轴承75固定安装于支撑体71内，且靠近涡轮排气机构6设置，转轴2贯穿支撑体71内的机油容纳腔72，转轴2通过前滑动轴承73和后滑动轴承75转动连接支撑体71，机油密闭的机油容纳腔72中流动以润滑冷却转轴2；止推轴承74设于支撑体71内，位于前滑动轴承73和扩压器42之间，止推轴承74套设于转轴2上，且其轴承外圈可相对于转轴2转动；后滑动轴承75固定安装于支撑体71内，且靠近涡轮排气机构6设置。中间体7除了采用上述结构外也可采用其他的具有机油容纳腔72内润滑油和轴承组件配合的润滑冷却结构，例如采用涡轮增压器的中间体结构。

其中，燃烧机构1还包括套设于燃烧室11外的壳体3，壳体3开设有进气口31和排气口32。具体的，为了保证设备稳定性，壳体3、进气口31、排气口32、燃烧室11、启动器5的驱动轴和转轴2的中轴线共线设置。具体的，压气机4的扩压器42固定安装于壳体3内，涡轮排气机构6的导叶62固定安装于壳体3内，且压气机4靠近进气口31设置，涡轮排气机构6靠近排气口32设置。

其中，燃烧机构1的结构具体包括燃烧室11，点火器12，以及用于向燃烧室11供应燃油的燃料供给组件，空气入口12和高温气体出口均开设于燃烧室11的室壁，转轴2贯穿燃烧室11，且压气机4和涡轮排气机构6分设于燃烧室11两侧。

具体的，燃料供给组件的结构包括至少一条用于供给燃油向燃烧室11的燃油管14，以及多个燃油蒸发管13(例如，如图1所示设置一个燃油管14和两个燃油蒸发管13)，燃油管14固定在燃烧室11外部，燃油蒸发管13固定安装于燃烧室11内，燃油管14连接燃油蒸发管13和外置的燃油供应装置，以向燃油蒸发管13供应燃料。

具体的，启动器5设于壳体3，且靠近进气口31设置，以避免阻碍进气口31进气，启动器5可设为转动电机。

具体的，燃烧室11侧壁为圆柱形，壳体3为侧壁为圆柱形。

具体的，启动器5的驱动轴连接转轴1的一端，以驱动压轮41和涡轮61同步转动，扩压器42设于压轮41和燃烧室11之间，转轴6穿过扩压器42与转轴润滑机构连接。

其中，为了确保充足的空气进入燃烧室11，燃烧室11的室壁开设有多个空气入口15，燃烧室11与壳体3间存在间隙，燃烧室11与所述支撑体71间存在间隙，燃烧室11与扩压器41间存在间隙，以供经压气机4增压的空气经所述间隙进入空气入口15。

其中，高温气体出口开设于燃烧室11室壁，且靠近涡轮排气机构6设置，涡轮排气机构6的导叶62固定安装于壳体3内，导叶62设于涡轮61的进风侧和高温气体出口之间，导叶62的进风侧连通(通过气流连接)高温气体出口，导叶62的出风侧连通(通过气流连接)涡轮61的进风侧，以将燃烧室11排出的高温气体引入涡轮61中，经涡轮61输出加热装置。

具体的，高温气体出口为开设于燃烧室11室壁的环形出风口。

其中，为了方便将润滑机油供应给中间体7，以保证转轴2的润滑效果，中间体7贯穿燃烧室11，中间体7的结构还包括至少一个机油进管76和至少一个机油出管77，中间体7的进油口与机油进管76一一对应设置，机油进管76的出油端连接机油进管76的进油口，机油进管76连通进油口和外置的润滑机构供应装置，以向机油容纳腔72供应机油，机油出管77的进油端连接间体7的出油口，以导出机油容纳腔72内的机油，确保转轴2冷却效果，延长装置使用寿命。

具体的，在低温环境中提高中间体7对转轴2的润滑效果，进一步延长热源使用寿命，本实施例的热源可采用图2所示的优选设计方式，参考图2，燃烧室11侧壁对应机油进管76开设第一安装孔，对应机油出管77开设第二安装孔，机油进管76的进油端自第一安装孔穿出燃烧室11，机油出管77的出油端自第二安装孔穿出燃烧室11。环境温度过低时，会降低机油的流动性影响润滑效果，采用上述结构，机油进管76穿过燃烧室11后再进入中间体7，可在机油进管76中对机油进行预热，降低机油粘度，降低滑动轴承阻力，进而降低燃烧加热器的转轴运行阻力，减小了燃烧热转换为机械能的比例和设备磨损。在低温环境下，确保中间体的润滑效果，减少磨损，延长热源使用寿命。

具体的，为了方便机油进管76和机油出管77连接外置设备，壳体3对应机油进管76开设第三安装孔，对应机油出管77开设第四安装孔；机油进管76的进油端依次穿过第一安装孔和第三安装孔，以穿出壳体3，且机油进管76密封连接第三安装孔，以保证壳体3侧壁的密封性；机油出管77的出油端依次穿过第二安装孔和第四安装孔，以穿出壳体3，且机油出管77密封连接第四安装孔，以保证壳体3侧壁的密封性。

具体的，机油进管76和机油出管77可设为一个或多个，例如，如图2所示，机油进管76和机油出管77均设为一个，且机油进管76和机油出管77相对于转轴2的中轴线对称设置。

采用上述结构的热源的工作过程可通过以下方式实现：开启启动器5以启动压气机，进入进气口31的空气在高速转动的压气机4的压轮41中形成高速空气流，被推进扩压器42，在扩压器42中，高速空气流的流速减慢、压力升高、温度升高，形成低速高压高温的空气流，然后进入壳体3、燃烧室11和支撑体71之间的空间，并通过燃烧室11的空气入口15进入燃烧室11和燃烧室11内燃料供给组件产生的燃油雾混合并燃烧，产生具有高温高压的高温气体，高温气体通过燃烧室11的高温气体出口排出，进入导叶62，高温气体进一步进入涡轮61膨胀做功，推动涡轮61高速转动，涡轮61同轴带动压轮61高速转动，进而将更多的空气继续压入燃烧室11中和燃油混合燃烧，如此循环往复。燃烧室11产生的高温气体在涡轮61膨胀做功后经过排气口32排出，排气口32排出的高温气体作为热源供应的热流体进行使用，具有温度高流速高流量大的优点。

本领域技术人员可以理解，图1-2中示出的具体结构并不构成对本实用新型热源的限定，本实用新型可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。例如，中间体7可设为如图1所示的结构，也可设为其他可实现转轴冷却润滑的转轴润滑结构，如采用现有涡轮增压器的中间体结构等，如不考虑延长设备使用寿命，转轴润滑机构也可采用常规轴承结构。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。