CN103742197A - 一种刮板转子式orc热机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种刮板转子式ORC热机，属动力机械技术领域。本发明包括真空绝热外壳、进气口、转子进气通道、刮板出气通道、定子缸体、转子、进气轴管、刮板滑槽、冷液输出管、冷凝腔、散热片、ORC热机冷凝出口管、热液输出管、刮板、冷凝管弯头、冷却密封板、动力输出端、波纹吸热管、介质输出泵；转子和定子缸体之间的轴偏心设置，缸体内设有转子，转子上设有转子进气通道，转子轴为进气轴管。本发明采用转子结构，避免了活塞连杆结构，使结构更简单，转动更流畅，振动极小；具有进气行程、绝热做功行程、冷却排气行程，大大提高了热效率。本发明利用低温热源产生动力，能用于低温热源发电领域，具有重要的推广价值和良好的市场潜力。
Description
技术领域
本发明涉及一种刮板转子式ORC热机，属于动力机械技术领域。
背景技术
余热发电是回收生产过程中向自然环境中排放的热能并将其转换为电能的技术。余热发电通过回收企业生产过程中排放的废弃热能进行发电，电能并入企业生产配电系统，减少企业外购电量，降低企业生产成本，同时实现节能、减排。余热节能发电技术，不仅能为企业创造财富，而且能降低单位GDP能耗，为政府分担了能耗指标考核，赢得了企业发展的良好环境，实现环境友好型、资源节约型发展模式；如果大范围应用，可以为国家节能、减排指标的实现贡献一部分力量，缓减当地政府的节能考核压力。因此，余热节能发电技术具有重要经济效益和社会效益。余热分为高温余热（400℃以上）、中温余热（400℃—200℃）、低温余热（200℃以下），通常的余热发电设备主要是MW级的蒸汽汽轮机发电机组，要求余热数量非常大，至少是中温以上余热，主要应用于钢铁、液体泥等大型企业。余热发电投资金额至少在5000万元以上。企业的废弃余热，因为余热数量不足、温度不高（称为低品位热源），或者投资金额大等原因，无法采用蒸汽汽轮机发电机组，余热只能简单地利用，比如用于干燥、加热等工段，使得余热的能量没有得到充分发掘；另一方面黄磷生产过程中产生的尾气主要成分是一氧化碳(CO)，1吨黄磷产生约2500-3000立方米尾气，折合标准煤1300千克。在目前条件下，尾气排空燃烧，浪费了能量，且不符合国家政策要求。国家工业和信息化部从2009年1月1日起实施《黄磷生产准入条件》，要求“磷炉尾气不得直排燃烧，必须实现能源化或资源化回收利用，新建黄磷装置尾气综合利用率必须达到90%以上。鼓励黄磷生产企业利用黄磷尾气作为热源生产精细磷酸盐或发电，鼓励企业开发应用磷炉尾气生产碳一化学品技术。”通过回收尾气发电，使企业满足国家政策法规要求，降低了企业能源消耗，为企业创造了经济效益，实现了一举两得。企业的废弃余热，因为余热数量不足、温度不高（称为低品位热源），或者投资金额大等原因，无法采用蒸汽汽轮机发电机组，余热只能简单地利用，比如用于干燥、加热等工段，使得余热的能量没有得到充分发掘。如何有效利用低温热源，需要一种专有的能源回收热机，这是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种刮板转子式ORC热机，避免了活塞连杆结构，使结构更简单，转动更流畅，振动极小，能源循环利用，大大提高了热效率。
本发明技术方案是：一种刮板转子式ORC热机，包括真空绝热外壳1、进气口2、转子进气通道5、刮板出气通道6、定子缸体7、转子8、进气轴管9、刮板滑槽10、冷液输出管11、冷凝腔12、散热片13、ORC热机冷凝出口管15、热液输出管16、刮板17、冷凝管弯头19、冷却密封板22、动力输出端23、波纹吸热管24、介质输出泵25；定子缸体7和转子8之间的轴偏心设置，定子缸体7的圆周分为 
、、
三部分，+
区域为保温区，保温区外部对应装有真空绝热外壳1，区域为散热区，散热区外部对应装有散热片13，散热片13上装有冷却密封板22、其间隙构成定冷凝腔12，各个独立的腔体通过冷凝管弯头19相互连通，最外侧腔体与冷液输出管11连通，定子缸体7内设有转子8，转子8上沿轴线方向三均分转子位置开槽构成刮板滑槽10，刮板滑槽10内安装刮板17，刮板17上设有刮板出气通道6，刮板出气通道6具有圆弧形结构，转子8上设置有U形转子进气通道5，转子8轴为进气轴管9，进气轴管9上设有进气口2，转子8的缸体外壁上位于
=0O位置上设有ORC热机冷凝出口管15，ORC热机冷凝出口管15后接热液输出管16，热液输出管16通过冷凝管弯头19与冷凝腔12最外侧腔体连通，转子8的动力通过动力输出端23输出，冷液输出管11、介质输出泵25、波纹吸热管24、进气轴管9串接密封连通。
所述进气轴管9与定子缸体7尾端通过固定螺丝20连接固定；进气轴管9上的进气口2的开口角度决定进汽行程角度，其开口角度等于进汽行程角度，开口角度为60O～80 O。
所述真空绝热外壳1之间设置真空绝热层支架4，真空绝热外壳1覆盖
+
保温区, 
+
的取值范围是110O～120 O。
所述转子8采用空心结构，内部设置转子空腔3。
所述散热片13靠近动力输出端23的一侧安装散热风扇14，散热风扇14通过传动皮带21与皮带轮18连接，皮带轮18安装固定在动力输出端23上。
其工作的原理是：本热机采用中间介质，从低品位热源提取热量而后发电，构成换热、发电两个回路，叫做双循环（ORC）发电技术，也称为朗肯循环发电技术。其工作过程是：如图5所示，液态工作介质（例如采用含氟R22等制冷剂，或无氟新型冷媒如R410A制冷剂、R410A新冷媒等）经过一个介质输出泵25输送到换热单元（Evaporator蒸发器），被回收的余热在换热单元（Evaporator蒸发器）内，与中间介质换热，中间介质吸热后转变为气体在膨胀机内膨胀，驱动刮板转子式ORC热机转动，输出功率做功，实现动力输出（Power out）；膨胀后中间介质为气态，进入放热单元（Condenser冷凝器），即冷凝腔12通过冷却密封板22进行风冷，变为液态，再由介质输出泵25把液态中间介质泵入换热单元，这里的换热单元也称蒸发器Evaporator，对应本发明就是波纹吸热管24（如图6所示），这样就完成一个循环。
由于进气轴管9上的进气口2的开口角度决定进汽行程角度，其开口角度等于进汽行程角度，高压蒸汽进入进气轴管9内通过进气轴管9上的进气口2进入到刮板滑槽10内，又进入到转子进气通道5内，通过刮板出气通道6进入到刮板17及转子和定子之间的腔体内，高压蒸汽推动刮板运动，带动转子8转动，刮板17在运动过程中，转子和定子之间的腔体空间逐渐增大，在高压蒸汽的推动下，刮板17的顶端受到一个沿圆周运动切线方向的压力，另一方面刮板17的底面受到一个向上的推力，两个力相互垂直，使得刮板17存在两种运动形式：沿圆周运动切线方向运动；向上运动。当刮板17向上运动时，刮板出气通道6出口与转子进气通道5相互交错，进气通道封闭，这样进气行程结束，
区域为进气行程。在此过程中，由于
+
区域为保温区，其外部对应设置真空绝热外壳1，蒸汽继续膨胀为绝热膨胀，这种行程称为绝热做功行程，
区域为绝热做功行程，绝热做功行程蒸汽结束后，进入到
区域为冷却排气区域，由于在该区域设有散热片13使得蒸汽迅速冷却，产生负压，拉动刮板17正向转动，实现负压做功，蒸汽部分冷凝成水，通过刮板17将汽水混合体推入到ORC热机冷凝出口管15，这样的行程为冷却排气行程，一个完整的工作周期结束，整个工作周期分为三个行程：进气行程
；绝热做功行程
；冷却排气行程
。
节能循环利用：从冷凝出口管15出来的大部分是处于接近沸点的液体，该汽液混合体进入到热液输出管16后，冷却后直接被输入到蒸汽锅炉中的波纹吸热管24内进行重新加热，变为蒸汽后做功，实现工作循环，在做功的过程中，介质液体不流失。
冷却回能：散热片13上设有冷却密封板22，其间隙构成冷凝腔12，各个独立的腔体通过冷凝管弯头19相互连通，最外侧腔体与冷液输出管11连通，ORC热机冷凝出口管15的介质液体通过热液输出管16，进入到冷凝腔12内，通过风冷进行冷却，变为低温液体，通过冷液输出管11进入介质输出泵25后输送到波纹吸热管24后吸收热源热量进入蒸汽进气轴管9。
风扇冷却：散热片13靠近动力输出端23的一侧装有散热风扇14，散热风扇14通过传动皮带21与皮带轮18连接，皮带轮18安装固定在动力输出端23上，利用自身动力驱动散热风扇14强制冷却，冷却的效果越好，负压越大，做功热效率越高。
本发明的有益效果是：从结构上来讲，采用转子结构，避免了活塞连杆结构，使得结构更为简单，转动更为流畅，振动极小；另一方面，从热力学的角度看，该发明具有三个行程：进气行程
、绝热做功行程
和冷却排气行程
，这样就大大提高了热效率。该发明可用于低温热源发电领域，具有重要的推广价值和良好的市场潜力。
附图说明
图1是本发明主视剖面结构示意图；
图2是本发明侧视剖面结构示意图；
图3为本发明的主视外观结构示意图；
图4为本发明的侧视外观结构示意图；
图5为本发明介质液体循环工作原理图；
图6为本发明装置结构示意图。
图1-6中各标号为：1-真空绝热外壳，2-进气口，3-转子空腔，4-真空绝热层支架，5-转子进气通道，6-刮板出气通道，7-定子缸体，8-转子，9-进气轴管，10-刮板滑槽，11-冷液输出管，12-冷凝腔，13-散热片，14-散热风扇，15-ORC热机冷凝出口管，16-热液输出管，17-刮板，18-皮带轮，19-冷凝管弯头，20-固定螺丝，21-传动皮带，22-冷却密封板，23-动力输出端，24-波纹吸热管，25-介质输出泵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-6所示，一种刮板转子式ORC热机，包括真空绝热外壳1、进气口2、转子进气通道5、刮板出气通道6、定子缸体7、转子8、进气轴管9、刮板滑槽10、冷液输出管11、冷凝腔12、散热片13、ORC热机冷凝出口管15、热液输出管16、刮板17、冷凝管弯头19、冷却密封板22、动力输出端23、波纹吸热管24、介质输出泵25；定子缸体7和转子8之间的轴偏心设置，定子缸体7的圆周分为
、
、
三部分，
+
区域为保温区，保温区外部对应装有真空绝热外壳1，
区域为散热区，散热区外部对应装有散热片13，散热片13上装有冷却密封板22、其间隙构成定冷凝腔12，各个独立的腔体通过冷凝管弯头19相互连通，最外侧腔体与冷液输出管11连通，定子缸体7内设有转子8，转子8上沿轴线方向三均分转子位置开槽构成刮板滑槽10，刮板滑槽10内安装刮板17，刮板17上设有刮板出气通道6，刮板出气通道6具有圆弧形结构，转子8上设置有U形转子进气通道5，转子8轴为进气轴管9，进气轴管9上设有进气口2，转子8的缸体外壁上位于
=0O位置上设有ORC热机冷凝出口管15，ORC热机冷凝出口管15后接热液输出管16，热液输出管16通过冷凝管弯头19与冷凝腔12最外侧腔体连通，转子8的动力通过动力输出端23输出，冷液输出管11、介质输出泵25、波纹吸热管24、进气轴管9串接密封连通。
实施例2：如图1-6所示，一种刮板转子式ORC热机，包括真空绝热外壳1、进气口2、转子进气通道5、刮板出气通道6、定子缸体7、转子8、进气轴管9、刮板滑槽10、冷液输出管11、冷凝腔12、散热片13、ORC热机冷凝出口管15、热液输出管16、刮板17、冷凝管弯头19、冷却密封板22、动力输出端23、波纹吸热管24、介质输出泵25；定子缸体7和转子8之间的轴偏心设置，定子缸体7的圆周分为
、、三部分，
+区域为保温区，保温区外部对应装有真空绝热外壳1，
区域为散热区，散热区外部对应装有散热片13，散热片13上装有冷却密封板22、其间隙构成定冷凝腔12，各个独立的腔体通过冷凝管弯头19相互连通，最外侧腔体与冷液输出管11连通，定子缸体7内设有转子8，转子8上沿轴线方向三均分转子位置开槽构成刮板滑槽10，刮板滑槽10内安装刮板17，刮板17上设有刮板出气通道6，刮板出气通道6具有圆弧形结构，转子8上设置有U形转子进气通道5，转子8轴为进气轴管9，进气轴管9上设有进气口2，转子8的缸体外壁上位于
=0O位置上设有ORC热机冷凝出口管15，ORC热机冷凝出口管15后接热液输出管16，热液输出管16通过冷凝管弯头19与冷凝腔12最外侧腔体连通，转子8的动力通过动力输出端23输出，冷液输出管11、介质输出泵25、波纹吸热管24、进气轴管9串接密封连通。
所述进气轴管9与定子缸体7尾端通过固定螺丝20连接固定；进气轴管9上的进气口2的开口角度为60O。
所述真空绝热外壳1之间设置真空绝热层支架4，真空绝热外壳1覆盖+
保温区, 
+的取值是110O。
实施例2：如图1-6所示，一种刮板转子式ORC热机，包括真空绝热外壳1、进气口2、转子进气通道5、刮板出气通道6、定子缸体7、转子8、进气轴管9、刮板滑槽10、冷液输出管11、冷凝腔12、散热片13、ORC热机冷凝出口管15、热液输出管16、刮板17、冷凝管弯头19、冷却密封板22、动力输出端23、波纹吸热管24、介质输出泵25；定子缸体7和转子8之间的轴偏心设置，定子缸体7的圆周分为
、
、三部分，
+
区域为保温区，保温区外部对应装有真空绝热外壳1，
区域为散热区，散热区外部对应装有散热片13，散热片13上装有冷却密封板22、其间隙构成定冷凝腔12，各个独立的腔体通过冷凝管弯头19相互连通，最外侧腔体与冷液输出管11连通，定子缸体7内设有转子8，转子8上沿轴线方向三均分转子位置开槽构成刮板滑槽10，刮板滑槽10内安装刮板17，刮板17上设有刮板出气通道6，刮板出气通道6具有圆弧形结构，转子8上设置有U形转子进气通道5，转子8轴为进气轴管9，进气轴管9上设有进气口2，转子8的缸体外壁上位于
=0O位置上设有ORC热机冷凝出口管15，ORC热机冷凝出口管15后接热液输出管16，热液输出管16通过冷凝管弯头19与冷凝腔12最外侧腔体连通，转子8的动力通过动力输出端23输出，冷液输出管11、介质输出泵25、波纹吸热管24、进气轴管9串接密封连通。
所述进气轴管9与定子缸体7尾端通过固定螺丝20连接固定；进气轴管9上的进气口2的开口角度为60O。
所述真空绝热外壳1之间设置真空绝热层支架4，真空绝热外壳1覆盖+
保温区, 
+
的取值是110O。
所述转子8采用空心结构，内部设置转子空腔3。
实施例4：如图1-6所示，一种刮板转子式ORC热机，包括真空绝热外壳1、进气口2、转子进气通道5、刮板出气通道6、定子缸体7、转子8、进气轴管9、刮板滑槽10、冷液输出管11、冷凝腔12、散热片13、ORC热机冷凝出口管15、热液输出管16、刮板17、冷凝管弯头19、冷却密封板22、动力输出端23、波纹吸热管24、介质输出泵25；定子缸体7和转子8之间的轴偏心设置，定子缸体7的圆周分为
、、
三部分，
+
区域为保温区，保温区外部对应装有真空绝热外壳1，
区域为散热区，散热区外部对应装有散热片13，散热片13上装有冷却密封板22、其间隙构成定冷凝腔12，各个独立的腔体通过冷凝管弯头19相互连通，最外侧腔体与冷液输出管11连通，定子缸体7内设有转子8，转子8上沿轴线方向三均分转子位置开槽构成刮板滑槽10，刮板滑槽10内安装刮板17，刮板17上设有刮板出气通道6，刮板出气通道6具有圆弧形结构，转子8上设置有U形转子进气通道5，转子8轴为进气轴管9，进气轴管9上设有进气口2，转子8的缸体外壁上位于=0O位置上设有ORC热机冷凝出口管15，ORC热机冷凝出口管15后接热液输出管16，热液输出管16通过冷凝管弯头19与冷凝腔12最外侧腔体连通，转子8的动力通过动力输出端23输出，冷液输出管11、介质输出泵25、波纹吸热管24、进气轴管9串接密封连通。
所述进气轴管9与定子缸体7尾端通过固定螺丝20连接固定；进气轴管9上的进气口2的开口角度为80 O。
所述真空绝热外壳1之间设置真空绝热层支架4，真空绝热外壳1覆盖+保温区, +
的取值是115 O。
所述转子8采用空心结构，内部设置转子空腔3。
实施例5：如图1-6所示，一种刮板转子式ORC热机，包括真空绝热外壳1、进气口2、转子进气通道5、刮板出气通道6、定子缸体7、转子8、进气轴管9、刮板滑槽10、冷液输出管11、冷凝腔12、散热片13、ORC热机冷凝出口管15、热液输出管16、刮板17、冷凝管弯头19、冷却密封板22、动力输出端23、波纹吸热管24、介质输出泵25；定子缸体7和转子8之间的轴偏心设置，定子缸体7的圆周分为
、、
三部分，+
区域为保温区，保温区外部对应装有真空绝热外壳1，
区域为散热区，散热区外部对应装有散热片13，散热片13上装有冷却密封板22、其间隙构成定冷凝腔12，各个独立的腔体通过冷凝管弯头19相互连通，最外侧腔体与冷液输出管11连通，定子缸体7内设有转子8，转子8上沿轴线方向三均分转子位置开槽构成刮板滑槽10，刮板滑槽10内安装刮板17，刮板17上设有刮板出气通道6，刮板出气通道6具有圆弧形结构，转子8上设置有U形转子进气通道5，转子8轴为进气轴管9，进气轴管9上设有进气口2，转子8的缸体外壁上位于=0O位置上设有ORC热机冷凝出口管15，ORC热机冷凝出口管15后接热液输出管16，热液输出管16通过冷凝管弯头19与冷凝腔12最外侧腔体连通，转子8的动力通过动力输出端23输出，冷液输出管11、介质输出泵25、波纹吸热管24、进气轴管9串接密封连通。
所述进气轴管9与定子缸体7尾端通过固定螺丝20连接固定；进气轴管9上的进气口2的开口角度为70 O。
所述真空绝热外壳1之间设置真空绝热层支架4，真空绝热外壳1覆盖
+
保温区, +
的取值是120 O。
所述转子8采用空心结构，内部设置转子空腔3。
所述散热片13靠近动力输出端23的一侧安装散热风扇14，散热风扇14通过传动皮带21与皮带轮18连接，皮带轮18安装固定在动力输出端23上。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (5)
1.一种刮板转子式ORC热机，其特征在于：包括真空绝热外壳（1）、进气口（2）、转子进气通道（5）、刮板出气通道（6）、定子缸体（7）、转子（8）、进气轴管（9）、刮板滑槽（10）、冷液输出管（11）、冷凝腔（12）、散热片（13）、ORC热机冷凝出口管（15）、热液输出管（16）、刮板（17）、冷凝管弯头（19）、冷却密封板（22）、动力输出端（23）、波纹吸热管24、介质输出泵25；定子缸体（7）和转子（8）之间的轴偏心设置，定子缸体（7）的圆周分为 
、
、
三部分，+
区域为保温区，保温区外部对应装有真空绝热外壳（1），
区域为散热区，散热区外部对应装有散热片（13），散热片（13）上装有冷却密封板（22）、其间隙构成定冷凝腔（12），各个独立的腔体通过冷凝管弯头（19）相互连通，最外侧腔体与冷液输出管（11）连通，定子缸体（7）内设有转子（8），转子（8）上沿轴线方向三均分转子位置开槽构成刮板滑槽（10），刮板滑槽（10）内安装刮板（17），刮板（17）上设有刮板出气通道（6），刮板出气通道（6）具有圆弧形结构，转子（8）上设置有U形转子进气通道（5），转子（8）轴为进气轴管（9），进气轴管（9）上设有进气口（2），转子（8）的缸体外壁上位于
=0O位置上设有ORC热机冷凝出口管（15），ORC热机冷凝出口管（15）后接热液输出管（16），热液输出管（16）通过冷凝管弯头（19）与冷凝腔（12）最外侧腔体连通，转子（8）的动力通过动力输出端（23）输出，冷液输出管11、介质输出泵25、波纹吸热管24、进气轴管9串接密封连通。
2.根据权利要求1所述的一种刮板转子式ORC热机，其特征在于：所述进气轴管（9）与定子缸体（7）尾端通过固定螺丝（20）连接固定；进气轴管（9）上的进气口（2）的开口角度为60O～80 O。
3.根据权利要求1所述的一种刮板转子式ORC热机，其特征在于：所述真空绝热外壳（1）之间设置真空绝热层支架（4），真空绝热外壳（1）覆盖+
保温区, 
+
的取值范围是110O～120 O。
4. 根据权利要求1所述的一种刮板转子式ORC热机，其特征在于：所述转子（8）采用空心结构，内部设置转子空腔3。
5.根据权利要求1所述的一种刮板转子式ORC热机，其特征在于：所述散热片（13）靠近动力输出端（23）的一侧安装散热风扇（14），散热风扇（14）通过传动皮带（21）与皮带轮（18）连接，皮带轮（18）安装固定在动力输出端（23）上。
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| CN106050311A (zh) * | 2016-09-07 | 2016-10-26 | 王振科 | 一种蒸汽机的三角柱形转动机组 |
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2013
- 2013-10-15 CN CN201310480684.5A patent/CN103742197B/zh active Active
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