專利名稱：渦旋發(fā)電機及發(fā)電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電設(shè)備，可以采用流體進行發(fā)電的設(shè)備，特別是采用渦旋盤進行膨 脹發(fā)電的設(shè)備及方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的發(fā)電技術(shù)主要采用蒸汽為工作介質(zhì)發(fā)電，主要的工作介質(zhì)為水，其噴嘴設(shè) 置在定子上，不發(fā)生運動，葉片設(shè)置在轉(zhuǎn)子上，噴嘴噴射的蒸汽推動葉片進行旋轉(zhuǎn)發(fā)電?，F(xiàn) 有的技術(shù)主要是100KW以上的發(fā)電機組，沒有小型化適合的機組。采用低溫有機物的朗肯循環(huán)(ORC)發(fā)電機組，適合于低溫?zé)嵩匆约靶⌒偷陌l(fā)電， 但是主要是將現(xiàn)有的大型蒸汽發(fā)電設(shè)備小型化，其噴嘴與葉片設(shè)置與大型的相同，這樣的 結(jié)構(gòu)設(shè)置限制了發(fā)電的能源利用，工作介質(zhì)通常采用低溫的工作介質(zhì)。此外，斯特林機也是一種發(fā)電設(shè)備，其主要采用缸體以及運動的活塞，利用缸體外 部的熱能實現(xiàn)對缸體內(nèi)部的工作介質(zhì)進行汽化，推動缸體運動后帶動發(fā)電設(shè)備進行機組發(fā) 電。上述的主要的發(fā)電技術(shù)和方法，都屬于熱機原理的發(fā)電裝置，其工作介質(zhì)都經(jīng)過 了液氣相變過程，需要熱能加熱工作介質(zhì)，使其產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，推動發(fā)電及的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 動，實現(xiàn)發(fā)電。由于需要將蒸汽進行冷凝，因而大量的熱能在冷凝過程中被損耗，使得發(fā)電 效率不高。水利發(fā)電機是采用水為工作介質(zhì)，利用水的壓力和流量推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動實現(xiàn)發(fā)電， 但是水不能進行循環(huán)，其水流推動的方式需要進一步的改進和提高，從而整體上可以實現(xiàn) 更高的發(fā)電效率?，F(xiàn)有的渦旋壓縮機主要是實現(xiàn)對流體特別是制冷劑進行壓縮的設(shè)備，通過消耗電 能實現(xiàn)對氣體的增壓，流體經(jīng)過該設(shè)備后壓力增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種流體渦旋發(fā)電機，借助兩個或多個渦旋盤之間的容積變 化，將流體的運動能量轉(zhuǎn)換為機械能，再通過定子與轉(zhuǎn)子的運動將機械能轉(zhuǎn)換為電能；采用 渦旋盤之間的容積膨脹，推動動渦旋盤旋轉(zhuǎn)，動渦旋盤帶動轉(zhuǎn)子進行旋轉(zhuǎn)，將流體的運行能 量轉(zhuǎn)化為電能。流體為液體、氣體、超臨界流體、等離子體或其混合物。本發(fā)明的另外一個目的是提供一種將流體運動能量轉(zhuǎn)換為電能的方法，采用渦旋 盤結(jié)構(gòu)，流體在兩個或多個渦旋盤之間進行膨脹運行，實現(xiàn)對動渦旋盤的驅(qū)動，動渦輪盤驅(qū) 動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將流體的運動能量轉(zhuǎn)換為機械能，在通過定子與轉(zhuǎn)子的相互運動，將機械能轉(zhuǎn) 化為電能。本發(fā)明特別是適合于小型的發(fā)電設(shè)備，可以實現(xiàn)lw-300kw的各種發(fā)電，優(yōu)選區(qū)域 為5kw-70kw的各種發(fā)電；適合于利用太陽能、余熱、余壓、地?zé)岬摹暗推肺粺崮堋边M行發(fā)電， 以及適合于采樣低溫有機工作介質(zhì)實現(xiàn)的發(fā)電，特別是采用有機朗肯循環(huán)實現(xiàn)的發(fā)電。
具體發(fā)明內(nèi)容如下渦旋流體發(fā)電機，由流體、轉(zhuǎn)子、定子、渦旋盤、殼體組成，其特征是至少含有兩個 渦旋盤，兩個渦旋盤上的渦旋之間實現(xiàn)多點嚙合，至少有一個稱為動渦旋盤的渦旋盤運動， 動渦旋盤與轉(zhuǎn)子連接，定子設(shè)置在轉(zhuǎn)子周圍，殼體將轉(zhuǎn)子、定子、渦旋盤密閉成為一個腔體， 殼體上設(shè)置有流體進口和出口。流體從進口進入渦旋盤之間的容腔膨脹推動動渦旋盤轉(zhuǎn) 動，動渦旋盤帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子和定子相互運動產(chǎn)生電能。渦旋盤由端板及在其上設(shè)置的至少一個渦旋齒組成，渦旋齒的基本齒型線為下列 一種園的漸開線、線段漸開線、正多邊形漸開線、平行四邊形漸開線、阿基米德螺旋線、代 數(shù)螺旋線、變徑基園漸開線、包絡(luò)型線、通用型線、園弧加直線修正、園漸開線修正、多對圓 弧修正三角函數(shù)修正。同一個渦旋盤上的齒形線由至少選自基本齒形線的兩種以及兩種以上的型線連 接成的光滑型線組成，其優(yōu)選為園漸開線-圓弧-園漸開線組合型線、園漸開線-三類 型-園漸開組合型線、線段漸開線-高次曲線-園漸開線。為了保證兩個渦旋盤只能進行公轉(zhuǎn)運動而不能進行相對旋轉(zhuǎn)，設(shè)置有自轉(zhuǎn)機構(gòu)， 優(yōu)選為下一種十字環(huán)防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、滾珠防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、圓柱銷防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、曲柄防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。為了保證渦旋盤的軸向和/或徑向的穩(wěn)定性及自動補償，設(shè)置有軸向和/或徑向 柔性機構(gòu)，軸向柔性機構(gòu)為下列一種背壓結(jié)構(gòu)、靜渦旋旋盤結(jié)構(gòu)、密封條懸浮結(jié)構(gòu)；徑向 柔性機構(gòu)選自下列一種偏心套結(jié)構(gòu)、扁平銷-軸套結(jié)構(gòu)、松軸套-銷釘結(jié)構(gòu)、偏心轉(zhuǎn)盤結(jié) 構(gòu)、棱柱銷-轉(zhuǎn)套結(jié)構(gòu)、滑塊調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。動渦旋盤上設(shè)有轉(zhuǎn)動軸，轉(zhuǎn)動軸與轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)動軸可以直接連接或與變速齒輪箱 的輸入軸連接，變速箱的輸出軸連接轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)動軸。殼體為真空密閉腔體、密封腔體、封閉腔體、開口腔體的一種。定子或轉(zhuǎn)子上設(shè)置有至少下列裝置之一A、金屬線圈，該線圈在工作時接通電源；B、磁鐵；C、含有稀土元素的磁鐵。流體經(jīng)由殼體的入口，經(jīng)渦旋盤膨脹后從出口流出，流體選擇自下列至少一種或 其混合物液體；氣體；超臨界；等離子體。、一種將流體運動能量轉(zhuǎn)換為電能的方法，其特征是采用至少兩個渦旋盤結(jié)構(gòu)，兩 個渦旋盤實現(xiàn)多點緊密結(jié)合，流體經(jīng)過渦旋盤后膨脹，推動動渦旋盤旋轉(zhuǎn)，帶動轉(zhuǎn)子運動， 轉(zhuǎn)子與定子相互運動，將流體的運動壓力能量轉(zhuǎn)換為電能。流體選擇自下列至少一種或其混合物液體；氣體；超臨界；
等離子體。有益的效果1、采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和方法進行發(fā)電，可以實現(xiàn)多種流體的混合發(fā)電，對流體沒 有限制，擴大了流體的應(yīng)用和種類，便于利用多種的流體實現(xiàn)發(fā)電。2、本發(fā)明可以實現(xiàn)lw-300kw的各種發(fā)電，尤其適合于5kw-70kw的各種發(fā)電；3、本發(fā)明適合于利用太陽能、余熱、余壓、地?zé)岬摹暗推肺粺崮堋边M行發(fā)電，以及適 合于采樣低溫有機工作介質(zhì)實現(xiàn)的發(fā)電，特別是采用有機狼肯循環(huán)實現(xiàn)的發(fā)電。4、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，便于在不同的行業(yè)和領(lǐng)域使用。5、本發(fā)明降低了發(fā)電設(shè)備的成本，提高了發(fā)電的效能。


圖中標(biāo)號含義1 轉(zhuǎn)子，2 定子，3 動渦旋盤，4 靜渦旋盤，5 流體進口，6 流體出口，7 流體進 入管道，8 轉(zhuǎn)動軸，9 殼體，10 防自轉(zhuǎn)機構(gòu)，11、軸承，12 密封件，13 潤滑機構(gòu)。圖1 漸開線渦旋齒基本結(jié)構(gòu)圖2 動靜渦旋盤基本結(jié)構(gòu)圖3 立式渦旋流體發(fā)電機圖4 臥式渦旋流體發(fā)電機具體實施方法實施例一漸開線渦旋齒基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，一對動渦旋盤3與靜渦旋盤4相互成對連接，流體從流體進口 5進入 到由動渦旋盤與靜渦旋盤形成的腔室內(nèi)進行膨脹，推動動渦旋盤運動。實施例二 動靜渦旋盤基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，動渦旋盤3與靜渦旋盤4都設(shè)置在一個封閉腔體的殼體9內(nèi)，流體進 口 5設(shè)置在殼體的頂部，流體出口 6設(shè)置在殼體的側(cè)面，動渦旋盤與靜渦旋盤相互嚙合后設(shè) 置殼體中央部位，在其下面設(shè)置有防自轉(zhuǎn)機構(gòu)10，轉(zhuǎn)動軸8與動渦旋盤及發(fā)電機的轉(zhuǎn)子相 互連接，流體從流體進口進入后，進入到動渦旋盤、靜渦旋盤、殼體組成的腔體中進行膨脹， 流體膨脹后推動動渦旋盤轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)將流體的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，進而轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。實施例三立式渦旋流體發(fā)電機如圖3所示，本例為立式渦旋流體發(fā)電設(shè)備，工作介質(zhì)為佛里昂R134a，工作介質(zhì) 從側(cè)面的流體入口 5進入，從頂部的流體進入管道7進入到到動渦旋盤3與靜渦旋盤4組成 的腔體內(nèi)，動渦旋盤在工作介質(zhì)的推動下進行旋轉(zhuǎn)，帶動轉(zhuǎn)動軸8轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子1設(shè)置在轉(zhuǎn)軸8 上，轉(zhuǎn)子1在動渦旋盤3的帶動下旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子與設(shè)置在其周圍的定子相互運動產(chǎn)生電能，在 轉(zhuǎn)動軸兩端設(shè)置有軸承11，在下部設(shè)置有潤滑機構(gòu)13為系統(tǒng)提供潤滑油，以保證結(jié)構(gòu)可以 穩(wěn)定運行。工作介質(zhì)流體經(jīng)膨脹后從流體出口流出，從而實現(xiàn)了利用流體進行發(fā)電的目的， 該發(fā)電機組為5kw的小型發(fā)電設(shè)備，可以利用60-90度的熱源實現(xiàn)發(fā)電，熱源可以采用太陽 能、地?zé)?、余熱等。實施例四臥式渦旋流體發(fā)電機如圖4所示，本例為臥式的渦旋流體發(fā)電設(shè)備，工作介質(zhì)為水及水蒸氣的混合流
6體，流體從設(shè)置在殼體上的流體進口 5進入，直接流入到由動渦旋盤3和靜渦旋盤4組成的 腔體中，通過流體的膨脹，推動動渦旋盤旋轉(zhuǎn)，動渦旋盤3與轉(zhuǎn)動軸8連接，在轉(zhuǎn)軸8上設(shè)置 有轉(zhuǎn)子1，在轉(zhuǎn)子1周圍設(shè)置定子2，在動渦旋盤的驅(qū)動下轉(zhuǎn)子和定子相互旋轉(zhuǎn)運動，從而將 流體的運動能量轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)膨脹后的流體經(jīng)流體出口 6流出，在轉(zhuǎn)動軸8的兩側(cè)設(shè)置有 軸承11，在動渦旋盤3周圍設(shè)置有密封裝置，將腔體進行密封，在底部設(shè)置有潤滑機構(gòu)13為 系統(tǒng)提供潤滑。本例可以使用水的余熱和余壓，其水流體溫度為90-120度，發(fā)電量為20kw， 采用該發(fā)電設(shè)備可以實現(xiàn)低溫余熱余壓、地?zé)岬睦?，同時適合用太陽能進行發(fā)電。
權(quán)利要求
1.渦旋流體發(fā)電機，由轉(zhuǎn)子、定子、渦旋盤、殼體組成，其特征是至少含有兩個渦旋 盤，兩個渦旋盤上的渦旋齒之間實現(xiàn)多點嚙合，至少有一個稱為動渦旋盤的渦旋盤運動，動 渦旋盤與轉(zhuǎn)子連接，定子設(shè)置在轉(zhuǎn)子周圍，殼體將轉(zhuǎn)子、定子、渦旋盤密閉成為一個腔體，殼 體上設(shè)置有流體進口和出口，流體從進口進入渦旋盤之間的容腔并膨脹推動動渦旋盤轉(zhuǎn) 動，動渦旋帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子和定子相互運動產(chǎn)生電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋流體發(fā)電機，其特征是渦旋盤由端板及在其上設(shè)置的 至少一個渦旋齒組成，渦旋齒的基本齒型線為下列一種園的漸開線、線段漸開線、正多邊 形漸開線、平行四邊形漸開線、阿基米德螺旋線、代數(shù)螺旋線、變徑基園漸開線、包絡(luò)型線、 通用型線、園弧加直線修正、園漸開線修正、多對圓弧修正三角函數(shù)修正。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦旋流體發(fā)電機，其特征是同一個渦旋盤上的齒形線由至 少選自基本齒形線的兩種以及兩種以上的型線連接成的光滑型線組成，其優(yōu)選為園漸開 線-圓弧-園漸開線組合型線、園漸開線-III類型-園漸開組合型線、線段漸開線-高次 曲線-園漸開線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋流體發(fā)電機，其特征是為了保證兩個渦旋盤只能進行 公轉(zhuǎn)運動而不能進行相對旋轉(zhuǎn)，設(shè)置有與動渦旋盤接合的防自轉(zhuǎn)機構(gòu)，防自轉(zhuǎn)機構(gòu)可以是 十字環(huán)防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、滾珠防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、圓柱銷防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、曲柄防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋流體發(fā)電機，其特征是為了保證渦旋盤的軸向和/或 徑向的穩(wěn)定性及自動補償，設(shè)置有軸向和/或徑向柔性機構(gòu)，軸向柔性機構(gòu)可以是背壓結(jié) 構(gòu)、靜渦旋盤結(jié)構(gòu)、密封條懸浮結(jié)構(gòu)；徑向柔性機構(gòu)可以是偏心套結(jié)構(gòu)、扁平銷-軸套結(jié) 構(gòu)、松軸套-銷釘結(jié)構(gòu)、偏心轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)、棱柱銷-轉(zhuǎn)套結(jié)構(gòu)、滑塊調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋流體發(fā)電機，其特征是動渦旋盤與轉(zhuǎn)子的連接是通過 動渦旋盤上的轉(zhuǎn)動軸與轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)動軸直接連接或通過動渦旋盤上的轉(zhuǎn)動軸與變速齒輪 箱的輸入軸連接，變速齒輪箱的輸出軸與轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)動軸連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋流體發(fā)電機，其特征是殼體為真空密閉腔體、密封腔 體、封閉腔體、開口腔體的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋流體發(fā)電機，其特征是定子或轉(zhuǎn)子上設(shè)置有至少下列 裝置之一A、金屬線圈，該線圈在工作時接通電源；B、磁鐵；C、含有稀土元素的磁鐵。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋流體發(fā)電機，其特征是包括有一種流體，流體經(jīng)由殼體 的入口，經(jīng)渦旋盤膨脹后從出口流出，流體選擇自下列至少一種或其混合物A、液體；B、氣體；C、超臨界流體；D、等離子體。
10.一種將流體運動能量轉(zhuǎn)換為電能的方法，其特征是采用至少兩個渦旋盤結(jié)構(gòu)，兩 個渦旋盤實現(xiàn)多點緊密結(jié)合，流體經(jīng)過渦旋盤后膨脹，推動動渦旋盤旋轉(zhuǎn)，帶動轉(zhuǎn)子運動， 轉(zhuǎn)子與定子相互運動，將流體的運動壓力能量轉(zhuǎn)換為電能。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征是流體選擇自下列至少一種或其混合物A、液體；B、氣體；C、超臨界流體；D、等離子體。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種流體渦旋發(fā)電機及發(fā)電方法，采樣兩個多個渦旋盤之間的容積變化，將流體的運動能量轉(zhuǎn)換為機械能，再通過定子與轉(zhuǎn)子的運動將機械能轉(zhuǎn)換為電能；采用渦旋盤之間的容積膨脹，推動動渦旋進行旋轉(zhuǎn)，動渦旋帶動轉(zhuǎn)子進行旋轉(zhuǎn)，將流體的運行能量轉(zhuǎn)化為電能。流體為液體、氣體、超臨界離子體或其混合物。本發(fā)明特別是適合于小型的發(fā)電設(shè)備，可以實現(xiàn)1W-300kW的各種發(fā)電，優(yōu)選區(qū)域為5kW-70kW的各種發(fā)電；適合于利用太陽能、余熱、余壓、地?zé)岬摹暗推肺粺崮堋边M行發(fā)電，以及適合于采樣低溫有機工作介質(zhì)實現(xiàn)的發(fā)電，特別是采用有機朗肯循環(huán)實現(xiàn)的發(fā)電。
文檔編號H02K7/18GK102094680SQ20091025935
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月9日
發(fā)明者李建民 申請人:北京智慧劍科技發(fā)展有限責(zé)任公司