CN102102539B - 活塞式发电机及发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种流体发电机，采用活塞缸体结构将流体的运动能量转换为机械能，再通过定子与转子的运动将机械能转换为电能；采用流入到缸体的一种流体，通过在缸体内部进行膨胀做功，实现对缸体的推动，缸体通过驱动机构与发电机转子进行连接，实现对发电机转子的驱动，发电机转子与定子相互运动，将流体的运行能量转化为电能。本发明的另外一个目的是提供一种将流体运动能量转换为电能的方法。本发明特别是适合于小型的发电设备，可以实现1w‑200kw的各种发电，优选区域为0.1kw‑30kw的各种发电；适合于利用太阳能、余热、余压、地热的“低品位热能”进行发电，以及适合于采样低温有机工作介质实现的发电，特别是采用有机狼肯循环实现的发电。

Description

活塞式发电机及发电方法

技术领域

本发明涉及发电设备，可以采用流体进行发电的设备，特别是采用活塞式缸体采样气体进行发电的设备及方法。

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。现有的技术主要是100KW以上的发电机组，没有小型化适合于的机组。

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，工作介质也必须采用低温的工作介质。

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，都属于热机原理的发电装置，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。由于需要将蒸汽进行冷凝，因而大量的热能在冷凝过程中被损耗，使得发电效率不高。

水利发电机是采用水为工作介质，利用水的压力和流量推动转子转动实现发电，但是水不能进行循环，其水流推动的方式需要进一步的改进和提高，从而整体上可以实现更高的发电效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种小型、经济的流体发电机，采用活塞缸体结构将流体的运动能量转换为机械能，再通过定子与转子的运动将机械能转换为电能；采用流入到缸体的一种流体，通过在缸体内部进行膨胀做功，实现对缸体的推动，缸体通过驱动机构与发电机转子进行连接，实现对发电机转子的驱动，发电机转子与定子相互运动，将流体的运行能量转化为电能。流体为液体、气体、超临界、等离子体或其混合物。

本发明的另外一个目的是提供一种将流体运动能量转换为电能的方法，采用活塞缸体结构，将流体的运动能量转换为机械能，再通过定子与转子的运动将机械能转换为电能；采用流入到缸体的一种流体，通过在缸体内部进行膨胀做功，实现对缸体的推动，缸体通过驱动机构与发电机转子进行连接，实现对发电机转子的驱动，发电机转子与定子相互运动，将流体的运行能量转化为电能。流体为液体、气体、超临界、等离子体或其混合物。

本发明特别是适合于小型的发电设备，可以实现1w-200kw的各种发电，优选区域为0.1kw-30kw的各种发电；适合于利用太阳能、余热、余压、地热的“低品位热能”进行发电，以及适合于采样低温有机工作介质实现的发电，特别是采用有机狼肯循环实现的发电。

具体发明内容如下：

一种活塞流体发电机，由发电机转子、发电机定子、活塞、缸体、驱动机构组成，其特征是：至少含有一个活塞和至少含有一个缸体，活塞设置在缸体内，驱动机构与发电机转子和缸体连接，缸体上设置有流体进口和出口，流体从进口进入缸体膨胀驱动驱动机构运动，带动与驱动机构连接的发电机转子旋转，发电机转子和发电机定子相互运动产生电能。

所述驱动机构将活塞的往复运动转换为转动，驱动机构选择下列方式之一：

A、曲柄-连杆机构：连杆与曲柄和活塞连接，曲柄由曲柄轴、偏心轴、曲拐轴组成，连杆分为剖分式连杆及整体式连杆两种；

B、曲柄滑块机构：分为滑槽型和滑杆型两种结构；

C、斜盘机构：分为旋转斜盘和摆动斜盘两种。

所述的活塞流体发电机中至少设置有两个缸体，缸体之间采用下列一种结构布置：卧式、立式、角度式、十字式。

为了协调驱动机构和发电机转速的调节，还设置有变速齿轮箱，通过变速齿轮箱将驱动机构和转子之间进行连接。

还设置有壳体，将缸体、驱动机构或者缸体、驱动机构、定子、转子进行封闭，采用真空密闭、密封、封闭腔体、开口腔体的一种进行封闭。

定子或转子上设置有至少下列装置之一：

A、金属线圈，该线圈在工作时接通电源；

B、磁铁；

C、含有稀土元素的磁铁。

本发明还包括有一种流体，流体经由壳体的入口进入缸体膨胀后从出口流出，流体选择自下列至少一种或其混合物：

A、液体；

B、气体；

C、超临界流体；

D、等离子体。

一种将流体运动能量转换为电能的方法，采用至少含有一个活塞和至少含有一个缸体的结构，活塞设置在缸体内，驱动机构与转子和缸体连接，流体进入缸体膨胀，驱动驱动机构运动，带动与驱动机构连接的转子旋转，转子与定子相互运动，将流体的运动压力能量转换为电能。

所述流体选择自下列至少一种或其混合物：

A、液体；

B、气体；

C、超临界流体；

D、等离子体。

通过实施以上发明可以获得如下的有益效果：

1、采用本发明的结构和方法进行发电，可以实现多种流体的混合发电，对流体没有限制，扩大了流体的应用和种类，便于利用多种的流体实现发电。

2、本发明没有将液体汽化，在将汽化的冷凝，从而避免了大量的热能损失，提高了发电系统的效率。

3、本发明由于可以采用各种的流体进行发电，大大的扩大了能源利用的形式，可以广泛的应用于各种可再生能源、余热余压利用领域。

4、本发明结构简单，便于在不同的行业和领域使用。

5、本发明降低了发电设备的成本，提高了发电的效能。

附图说明

附图中标号具体含义如下：

1：流体进口，2：流体出口，3：活塞，4：连杆，5：曲柄，6：发电机转子，7：缸体，8：发电机转子，9：发电机定子，10：转盘，11：曲轴，12：驱动轴.

图1是无十字头往复活塞发电机基本结构；

图2是转盘驱动往复活塞发电机；

图3是对动型往复活塞发电机；

具体实施方式

实施例一：无十字头往复活塞发电机基本结构

如图1所示，活塞3设置在缸体7内，在活塞的顶部设置有流体的进口1和出口2，活塞3通过连杆4及曲柄5和发电机的转子连接6，流体从流体进口进入后进行膨胀做工，推动活塞3进行运动，连杆和曲柄将活塞的往复运动转换为转动，实现对发电机转子的驱动，实现将流体的运动能量转换为电能。

实施例二：转盘驱动往复活塞压缩机结构发电机

如图1所示，本例中有两个活塞3和两个缸体7，通过一个转盘10将连个活塞进行连接，连个活塞通过驱动机构实现对发电机转子8驱动，发电机转子8与设置在其周围的定子相互产生运动，这样将流体运动能量转换为电能。

可以采用液体、气体等或液体与气体的混合物发电，这样可以充分的利用余热余压，或者利用太阳能、浅层地表热能以及传统能源进行补充。

实施例三：对动型往复活塞发电机

如图3所示，本例为卧式结构，气缸7水平布置在曲轴11两侧，相对两列同时作相向或相背运动的结构称对动型，两个缸体7以及两个活塞3向背的布置在发电机的两侧，缸体共同与一个驱动轴11进行连接，驱动轴上设置发电机转子8，发电机的定子9设置在其周围，流体从设置在两个缸体上的进行口和出口在缸体内部膨胀后做工，驱动缸体内的活塞进行往复运动，驱动机构将往复运动变换为转动，驱动设置在转轴上的发电机转子，从而实现将流体的运动能转换为电能。

Claims (5)

1.活塞流体发电机，由发电机转子、发电机定子、活塞、缸体、驱动机构组成，其特征是：至少含有一个活塞和至少含有一个缸体，活塞设置在缸体内，驱动机构与发电机转子和缸体连接，缸体上设置有流体进口和出口，流体从进口进入缸体膨胀驱动驱动机构运动，带动与驱动机构连接的发电机转子旋转，发电机转子和发电机定子相互运动产生电能；

包括有一种流体，流体经由壳体的入口进入缸体膨胀后从出口流出，流体选择自下列至少一种或其混合物：

A、超临界流体；还设置有壳体，将缸体、驱动机构或者缸体、驱动机构、定子、转子进行封闭，采用真空密闭、密封的一种进行封闭；为了协调驱动机构和发电机转速的调节，还设置有变速齿轮箱，通过变速齿轮箱将驱动机构和转子之间进行连接；

B、等离子体；还设置有壳体，将缸体、驱动机构或者缸体、驱动机构、定子、转子进行封闭，采用真空密闭、封闭腔体、密封的一种进行封闭；为了协调驱动机构和发电机转速的调节，还设置有变速齿轮箱，通过变速齿轮箱将驱动机构和转子之间进行连接；

驱动机构将活塞的往复运动转换为转动，驱动机构选择下列方式之一：

A、曲柄-连杆机构：连杆与曲柄和活塞连接，曲柄由曲柄轴、偏心轴、曲拐轴组成，连杆分为剖分式连杆及整体式连杆两种；

B、曲柄滑块机构：分为滑槽型和滑杆型两种结构；

C、斜盘机构：分为旋转斜盘和摆动斜盘两种。

2.根据权利要求1所述的活塞流体发电机，其特征是：至少设置有两个缸体，缸体之间采用下列一种结构布置：卧式、立式、角度式、十字式；

包括有一种流体，流体经由壳体的入口进入缸体膨胀后从出口流出，流体选择自下列至少一种或其混合物：

A、超临界流体；还设置有壳体，将缸体、驱动机构或者缸体、驱动机构、定子、转子进行封闭，采用真空密闭、密封的一种进行封闭；为了协调驱动机构和发电机转速的调节，还设置有变速齿轮箱，通过变速齿轮箱将驱动机构和转子之间进行连接；

B、等离子体；还设置有壳体，将缸体、驱动机构或者缸体、驱动机构、定子、转子进行封闭，采用真空密闭、封闭腔体、密封的一种进行封闭；为了协调驱动机构和发电机转速的调节，还设置有变速齿轮箱，通过变速齿轮箱将驱动机构和转子之间进行连接。

3.根据权利要求1所述的活塞流体发电机，其特征是：定子或转子上设置有至少下列装置之一：

A、金属线圈，该线圈在工作时接通电源；

B、磁铁；

C、含有稀土元素的磁铁。

4.一种将流体运动能量转换为电能的方法，其特征是：包括有一种流体，流体经由壳体的入口进入缸体膨胀后从出口流出，流体选择自下列至少一种或其混合物：

A、超临界流体；还设置有壳体，将缸体、驱动机构或者缸体、驱动机构、定子、转子进行封闭，采用真空密闭、密封的一种进行封闭；为了协调驱动机构和发电机转速的调节，还设置有变速齿轮箱，通过变速齿轮箱将驱动机构和转子之间进行连接；

B、等离子体；还设置有壳体，将缸体、驱动机构或者缸体、驱动机构、定子、转子进行封闭，采用真空密闭、封闭腔体、密封的一种进行封闭；为了协调驱动机构和发电机转速的调节，还设置有变速齿轮箱，通过变速齿轮箱将驱动机构和转子之间进行连接。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征是：至少设置有两个缸体，缸体之间采用下列一种结构布置：卧式、立式、角度式、十字式；

一包括有一种流体，流体经由壳体的入口进入缸体膨胀后从出口流出，流体选择自下列至少一种或其混合物：

A、超临界流体；还设置有壳体，将缸体、驱动机构或者缸体、驱动机构、定子、转子进行封闭，采用真空密闭、密封的一种进行封闭；为了协调驱动机构和发电机转速的调节，还设置有变速齿轮箱，通过变速齿轮箱将驱动机构和转子之间进行连接；

B、等离子体；还设置有壳体，将缸体、驱动机构或者缸体、驱动机构、定子、转子进行封闭，采用真空密闭、封闭腔体、密封的一种进行封闭；为了协调驱动机构和发电机转速的调节，还设置有变速齿轮箱，通过变速齿轮箱将驱动机构和转子之间进行连接。