CN101899992A

CN101899992A - 封闭腔体微型气体发电机

Info

Publication number: CN101899992A
Application number: CN2009103027611A
Authority: CN
Inventors: 李建民
Original assignee: Beijing Wisword Science & Technology Development Co Ltd
Current assignee: Beijing Wisword Science & Technology Development Co Ltd
Priority date: 2009-05-31
Filing date: 2009-05-31
Publication date: 2010-12-01

Abstract

本发明提供了一种封闭腔体微型气体发电机，由一个蒸发室和冷凝室组成，蒸发室和冷凝室通过一个狭窄区间进行连接，在狭窄区间上设置叶轮，叶轮在设置有转子和定子，蒸发室通过与外界的热交换使得内部的低温工作介质气化，推动叶轮旋转发电。本发明可以利用外部的热能发电，对能源的形式没有限制。可以适合于任何规模的发电设备，但是更适合于微型的发电设备，特别是1W-100kW的发电设备。

Description

封闭腔体微型气体发电机

技术领域

本发明涉及发电设备，一种将热能转换为电能的设备，特别是微型的发电设备。

背景技术

现有的发电技术主要采用蒸汽为工作介质发电，主要的工作介质为水，其喷嘴设置在定子上，不发生运动，叶片设置在转子上，喷嘴喷射的蒸汽推动叶片进行旋转发电。

采用低温有机物的朗肯循环(ORC)发电机组，适合于低温热源以及小型的发电，但是主要是将现有的大型蒸汽发电设备小型化，其喷嘴与叶片设置与大型的相同，这样的结构设置限制了发电的能源利用，工作介质一般采用低温有机物的工作介质。

此外，斯特林机也是一种发电设备，其主要采用缸体以及运动的活塞，利用缸体外部的热能实现对缸体内部的工作介质进行汽化，推动缸体运动后带动发电设备进行机组发电。

上述的主要的发电技术和方法，其工作介质都经过了液气相变过程，需要热能加热工作介质，使其产生高温高压蒸汽，推动发电及的转子转动，实现发电。但是他们的结构复杂，对于大型的蒸汽轮机发电，不适合于小型化，而普通的可以小型化的发电设备，需要传统的能源，如柴油进行燃烧提供能源，不适合于可再生能源，同时也是属于外燃机的一种。

发明内容

本发明的目的是提供一种封闭腔体微型气体发电机，由一个蒸发室和冷凝室组成，蒸发室和冷凝室通过一个狭窄区间进行连接，在狭窄区间上设置叶轮，叶轮在设置有转子和定子，蒸发室通过与外界的热交换使得内部的低温工作介质气化，推动叶轮旋转发电。

本发明可以利用外部的热能发电，对能源的形式没有限制。

本发电机可以适合于任何规模的发电设备，但是更适合于微型的发电设备，特别是1W-100KW的发电设备。

具体发明内容如下：

封闭腔体微型气体发电机，由一个封闭的腔体、循环工作介质、转子、定子等组成，所述封闭腔体的一端为蒸发室，一端为冷凝室，两个室经由一个狭窄区域相互连接，在狭窄区域设置有叶轮，叶轮设置在转轴上，转轴的一端设置到封闭腔体内部，转轴上设置有转子，转子周围设置有定子，腔体蒸发室吸收热能后将循环工作介质气化，气体通过中间的狭窄区域推动叶片或叶轮旋转，气体经过叶轮后进入到冷凝端，气体被冷凝后被输送到蒸发端，通过工作介质的气化推动叶轮转动，叶轮带动转子与定子相对运动实现发电。

在狭窄区域设置有至少一个喷嘴，气体通过喷嘴喷射后推动叶轮运行，叶轮上设置有转子，定子设置在其周围，在其外部设置有发电机壳体。

在腔体的中间部位设置有多个狭窄部位，在每个狭窄部位设置有至少一个喷嘴，气体通过喷嘴喷射后可以依次进入到下一个喷嘴中，在每一个喷嘴周围设置有一个转子和定子对。可以采用多级的发电模式，设置不同的转子对，通过气体的多次的喷射推动叶轮旋转，实现多级的发电。

在狭窄区域的冷凝室内设置有一个液体挡板，挡板将冷凝后的液体阻挡，使其不能进入到狭窄区域内。

在冷凝室壳体与挡板之间设置有一个液体输送管道，将液体从冷凝室输送到蒸发室，在液体输送管道处于蒸发室部位的管道壳体上设置有多个孔，优选为在孔上安装喷嘴。在输送管管道上设置喷嘴是为了提高蒸发室的换热效率，通过将液体喷射后射入到蒸发室的内部壳体表面上，直接提高换热性能，增加热能利用效率。

热驱动装置的热源使用可再生能源、传统能源或其互补。

由于该结构采用换热方式对蒸发室内的工作介质进行蒸发，因而对能源形式没有限制，既可以采用可再生能源，也可以采用传统能源，但是优先采用可再生能源，在其不足时采用传统能源进行补充。但是这并不限制本发明的发电设备可以直接使用传统能源进行发电。

对于采用的发电工作介质本发明也没有限制，但是本发明可以采用在-50-800摄氏度进行气化的工作介质。特别是可以采用低温有机物工作介质，可以实现低品位的能源的利用。

在蒸发室或冷凝室设置有增强换热的器件，选自下列一种：

A、换热器；B、翅片；C、蓄热材料。

蒸发室或冷凝室可以为一个换热器的形式，如板式换热器，这样可以使用多种形式的能源，如余热，可以通过换热器实现对热能的吸收，加热封闭腔体的工作介质发电，在冷凝端，也可以采用换热器将余热直接吸收利用，或为其提供低温的冷凝。

在蒸发室或冷凝室的内部、外部或内外部加入翅片，为了增加两个室的换热能力，提供换热效率。

蒸发室或冷凝室的内部、外部、内外部壳体上增加蓄热材料，可以实现蓄热的发电，当热源波动时为其提供平衡装置，如当采用太阳能热源时为了消除其中午波峰效能，采用蓄热其可以将中午的热能进行蓄热，实现平衡温度的热能发电。

对于不同的应用领域，在蒸发室的外部壳体上加工有增加转换和吸收的材料。在蒸发室壳体外部表面，设置有涂层材料，如太阳能吸收材料、辐射吸收材料、蓄热材料。当本设备用于太阳能发电时，在蒸发室的外部直接加工有太阳能吸收材料，将太阳能转化为热能，实现太阳能的利用。

将封闭腔体进行密闭、抽真空后密闭、抽高真空后密闭。对于此封闭腔体，可以对其进行密闭、或抽真空后或高真空密闭，来降低工作介质的气化温度，增加换热效率，增加传热效率。

当封闭腔体为低真空或高真空后，本发电系统成为热管型发电系统，由于采用外部热源，因而也可以称其为热管斯特林机。

采用本发明的技术方案具有以下的有益效果：

本发明为一种新型的发电热机，与斯特林机相类似，可以称其为热管斯特林机，但不同传统的斯特林机，主要区别在于没有采用汽缸，而是采用叶轮为推动了带动转子运动，改善了现有的斯特林机的不足和高成本。

本发明的发电装置，没有能源的限制，可以采用任何形式的能源。

本发明的发电装置，特别是针对可再生能源发电及太阳能发电，为太阳能的利用提供了全新的技术产品，由于其成本低可以完全取代传统能源。

利用本发明的发电设备，在大规模化的利用时，可以实现低于现有的煤电的发电，可以实现可再生能源对现有能源的替代。

本发明适合于小型化、家庭化的发电。

附图说明

图1是天然气封闭腔体微型气体发电机结构图。

图2是带有翅片与涂层的热管式发电机机构图。

图3是带有热管换热的发电机机构图。

图4是多级发电结构图。

图中标号的含义如下：

1：蒸发室，2：冷凝室，3：狭窄区域，4：回液管，5：发电机，6：热管，7：挡板，8：外部涂层，9：翅片。

具体实施方式

实施例1、天然气封闭腔体微型气体发电机

图1中蒸发室1经外部的天然气加热后使其内部的工作介质10蒸发，蒸发的气体经狭窄通道进入到叶轮区域，经喷射后推动叶轮旋转，乏汽进入到冷凝室2，经冷凝室2的冷凝后进入到回液管道4，经由回液管道4进行到蒸发室1，实现循环发电。

实施例2、带有翅片的太阳能封闭腔体微型气体发电机

将选择性涂层8在蒸发室1的外部，在太阳能的照射下产生热能，热能加热内部的工作介质10，工作介质汽化后经狭窄通道3驱动叶轮，叶轮旋转带动转子旋转发电，在其冷凝室2外部设置有翅片9，以增加其冷凝的效率，工作介质经冷凝后通过回液管4将液体输送后蒸发室1，实现循环发电。

实施例3、带有热管的封闭腔体微型气体发电机

在本实施例中，在蒸发室冷凝段被直接的设置在液体或气体区域内11，热量通过在冷凝器3内的液体的换热设置有热管，热管可以即直接与各种余热以及带有温度的气体进行换热，热能直接加热蒸发室内的液体，实现汽化后推动汽轮机发电。

实施例4、多级封闭腔体微型气体发电机

在本实施例中，有2个狭窄区域，第二个比第一个更狭窄，这样通过第一级的狭窄区域发电后，其尾气可以直接进入到二级发电系统进行发电，这样可以提高整体的发电效率。由于在其蒸发室的外部设置有太阳能选择涂层，因而可以保证用于太阳能发电。

依靠本发明的原理，可以进行多种结构、不同规模的电站的设计，本发明的结构和实现方式不限于本实施例。

Claims

1.封闭腔体微型气体发电机，包括一个封闭的腔体、循环工作介质、转子、定子，其特征是：所述封闭腔体的一端为蒸发室(1)，一端为冷凝室(9)，两个室经由一个狭窄区域(3)相互连接，在狭窄区域设置有叶轮，叶轮设置在转轴上，转轴的一端设置到封闭腔体内部，转轴上设置有转子，转子周围设置有定子，腔体蒸发室(9)吸收热能后将循环工作介质气化，气体通过中间的狭窄区域(3)推动叶轮旋转，气体经过叶轮后进入到冷凝室(9)，气体被冷凝后被输送到蒸发室(1)，蒸发室(1)内的工作介质被加热气化推动叶轮转动，叶轮带动转子与定子相对运动实现发电。

2.根据权利要求1所述的封闭腔体微型气体发电机，其特征是：在狭窄区域(3)设置有至少一个喷嘴，气体通过喷嘴喷射后推动叶轮运行，叶轮上设置有转子，定子设置在其周围，在其外部设置有发电机壳体。

3.根据权利要求1所述的封闭腔体微型气体发电机，其特征是：在腔体的中间部位设置有多个狭窄部位(3)，在每个狭窄部位(3)设置有至少一个喷嘴，气体通过喷嘴喷射后可以依次进入到下一个喷嘴中，在每一个喷嘴周围设置有一个转子和定子对

4.根据权利要求1所述的封闭腔体微型气体发电机，其特征是：在狭窄区域的冷凝室(1)内设置有一个挡板(7)，挡板将冷凝后的液体阻挡，使其不能进入到狭窄区域(3)内。

5.根据权利要求1所述的封闭腔体微型气体发电机，其特征是：在冷凝室(2)壳体与挡板(7)之间设置有一个回液管(4)，将液体从冷凝室(2)输送到蒸发室(1)，在液体输送管道处于蒸发室部位的管道壳体上设置有多个孔。

6.根据权利要求5所述的封闭腔体微型气体发电机，其特征是：在所述孔上安装有喷嘴。

7.根据权利要求1所述的封闭腔体微型气体发电机，其特征是：热驱动装置的热源使用可再生能源、传统能源或者两者的互补。

8.根据权利要求2所述的封闭腔体微型气体发电机，其特征是：工作介质为可以在-50-800摄氏度进行气化的工作介质。

9.根据权利要求1所述的封闭腔体微型气体发电机，其特征是：在蒸发室或冷凝室设置有增强换热的器件，所述器件选自下列一种：

A、换热器；

B、翅片；

C、蓄热材料。

10.根据权利要求1所述的封闭腔体微型气体发电机，其特征是：在蒸发室壳体外部表面，设置有涂层材料。

11.根据权利要求1所述的封闭腔体微型气体发电机，其特征是：将封闭腔体进行密闭、抽真空后密闭、抽高真空后密闭。