专利名称：微型兰金发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及动力产生领域，是一种利用兰金循环产生动力的微型装置，是一种微型兰金发动机。
背景技术：
兰金循环(Rankine Cycle)是因19世纪苏格兰工程师William Rankine而命名。兰金循环是电力工业中用以产生动力的原理。图I是利用兰金循环产生动力的原理图。典型的兰金循环的工质是水，在蒸发器中水被加热，成为高温蒸汽，在涡轮机中膨胀，涡轮机输出轴产生动力，蒸汽进入冷凝器，成为液态水，被机械泵送入蒸发器，继续循环过程。蒸发器和冷凝器之间的温差直接决定了动力的产生效率。工业领域的微型机械起到越来愈重要的作用。例如，小型传感器、便携式电子设备、小型的控制系统、驱动设备中都需要微型的动力供给装置，其空间尺度常常是在毫米级，输出功率在IOOyW至IOW左右。利用兰金循环需要有外部热源的存在，并利用工质的相变产生动力。这一特点在一些有工业余热的地方非常适合利用，为合理节约利用能源提供了一个途径。例如汽车发动机的排气温度可高达1000°c，与环境温度的温差较大。利用兰金循环的原理可以利用高温排气产生动力，供给汽车传感器或者其他部件使用。这种利用兰金循环产生动力的微型装置被称作微型兰金发动机。
发明内容本发明的目的是提供一种微型兰金发动机，是一种微型动力装置。它包括一个蒸发器、一个冷凝器、一个转子、一个液体泵、空气轴承等部件。其中，转子由空气轴承支撑，置于转子腔体之中；蒸发器位于转子腔体的一端；冷凝器位于转子腔体的另一端。上述部件中，蒸发器、冷凝器、转子外形均呈圆形薄片状。蒸发器和冷凝器外径不大于10毫米，内部的通道是利用电离子法加工制造的；转子在圆形平面上刻有多条螺纹线。将蒸发器、转子腔体、冷凝器粘和在一起形成外径不大于10臟，厚度不超过2mm的动力供给装置。该装置可以用于小型传感器、便携式电子设备、小型的控制系统、驱动设备中的动力供给装置，也可作为小型发电机使用，输出功率在IOOyW至IOW之间。本发明采用的技术方案本发明提出的兰金循环发动机，因为体积设计在毫米级，因而其部件均采用薄片状，其结构的加工过程采用电离子化加工而成。此外各个部件之间需要紧密连接，因而采用粘和的方法。图2是微型兰金发动机的结构布置方案图。图中表示，微型兰金发动机共分为四层，分别为冷凝器层、液体泵层、透平机层、蒸发器层，以完成兰金循环中所要求的功能。部件中的旋转部件的轴承采用空气轴承。工质的流通通道同样在薄片状的部件上加工获得。各层间以粘和的形式连接。液态工质，水，在蒸发器层中被加热，成为汽态工质，并膨胀，进入透平机层，其中的转子输出动力，工质成为气液两相工质。气液两相工质进入冷凝器层，成为液态工质，被液体泵送入蒸发器层，继续循环过程。本发明的优点:本发明提出的微型兰金发动机使用方便、结构简单、制造成本低。
图I是兰金循环原理图；图中，4冷凝器、6液体泵、14液态工质、I蒸发器、18汽态工质、19透平机、20输出功率。图2是微型兰金发动机结构布局图；图中，11蒸发器层、14液态工质、13液体泵层、14液态工质、15冷凝器层、16气液两相工质、17透平机层、18汽态工质。图3是微型兰金发电机的总装结构图；图中，I蒸发器、2连接垫片、3转子腔体、4冷凝器、5转子、6液体泵、7工质流通通道、8线圈、9空气轴承、10工质回流通道图4是转子外观图具体实施方式
以一个具体实施方案进一步说明本发明提出的微型兰金发动机的结构和原理。图3是微型兰金发电机的总装结构图。该技术方案是利用本发明提出的微型兰金发动机的原理和结构实现利用兰金循环发动机进行发电的装置。如图中所示，该装置包括蒸发器、工质、液体泵、冷凝器、转子腔体、转子、线圈、空气轴承等部件。转子由空气轴承支撑，置于转子腔体之中；蒸发器位于转子腔体的一端。蒸发器与转子腔体之间有连接垫片；冷凝器位于转子腔体的另一端。冷凝器与转子腔体中间安装液体泵。连接垫片里面镶入线圈。该装置利用水作为工质，依靠外部的热源工作。蒸发器采用圆形的薄片状，直径10_，材料为不锈钢材料，内部工质流通通道均由电离子加工的方法制作。工作时将其安置在热源处，例如发动机排气管上。因为发动机排气管的温度可达800°C左右，蒸发器中可以将液态工质水蒸发成高压蒸汽，经由工质流通通道进入转子腔体。转子腔体直径8_，转子内置与转子腔体中。转子正对高压蒸汽进入的一侧表面上刻有11条螺旋线(见图4)。螺旋线的作用是在高压蒸汽的推力下，使得转子产生旋转。转子由空气轴承支撑。高压蒸汽驱动转子高速旋转，同时转子上部和下部的温差会使得高压蒸汽降温，变成液态和气态混合的工质，转子上部的液体泵将气液两相工质泵入上方的冷凝器，冷凝器直径10mm。冷凝器受到外部空气的冷却，或者是发动机附件的风扇的冷却，使得工质在冷凝器中工质进一步降温，变成液态水，由中心处的回流通道回到蒸发器，循环往复进行。转子的下方是连接垫片，直径10_，内镶有金属线圈，转子和线圈的相对运动使得线圈内产生电流。
利用兰金循环的原理产生动力，并配合电磁感应效果，可以利用发动机中的排气高温进行发电，供给汽车用小型传感器、小型控制系统使用。
权利要求1.ー种微型兰金发动机，其特征是，包括 一个转子腔体； ー个转子，由空气轴承支撑，置于转子腔体之中； 一个蒸发器，位于转子腔体的一端； 一个冷凝器，位于转子腔体的另一端。
2.根据权利要求I所述的ー种微型兰金发动机，其特征在于，所述的蒸发器外形呈薄片状，外径不大于10毫米，内部的通道是利用电离子法加工制造的。
3.根据权利要求I所述的ー种微型兰金发动机，其特征在于，所述的冷凝器外形呈薄片状，外径不大于10毫米，内部的通道是利用电离子法加工制造的。
4.根据权利要求I所述的ー种微型兰金发动机，其特征在于，所述的转子呈圆形薄片状，在圆形平面上刻有多条螺纹线。
5.根据权利要求I所述的ー种微型兰金发动机，其特征在于，该装置利用水作为エ质，依靠外部的热源工作。
专利摘要本实用新型公开了一种利用兰金循环产生动力的微型装置，是一种微型兰金发动机。它包括一个蒸发器、一个冷凝器、一个转子、一个液体泵、空气轴颈轴承等部件。上述部件均呈薄片状，粘和在一起形成动力供给装置，其外径约为10mm，厚度不超过2mm。该装置可以用于小型传感器、便携式电子设备、小型的控制系统、小型驱动设备中的动力供给装置，也可作为小型发电机使用，输出功率在100μW至10W左右。
文档编号F01D5/02GK202402163SQ20112037021
公开日2012年8月29日 申请日期2011年10月8日 优先权日2011年10月8日
发明者路明 申请人:天津空中代码工程应用软件开发有限公司