CN110739805A - 一种用于有机朗肯循环的封闭式膨胀机组发电机喷雾冷却系统 - Google Patents

一种用于有机朗肯循环的封闭式膨胀机组发电机喷雾冷却系统 Download PDF

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Abstract

一种用于有机朗肯循环的封闭式膨胀机组发电机喷雾冷却系统，属于中低品位能源利用领域。膨胀机和发电机共用一个壳体，膨胀机转子腔和发电机腔相对独立，仅存在较小间隙连通上述腔室，膨胀机转子腔开设有膨胀机气流进口和出口，发电机腔设有冷却介质进口和出口，进口安装有雾化器。一部分有机朗肯循环的工作介质液体经雾化后进入发电机腔，使其内定子流道、定子转子气隙等处充满有机工质雾滴，雾滴蒸发吸收发电机腔热量后，全部或部分蒸发从发电机腔出口流出发电机腔。由于发电机腔和膨胀机转子腔存在保证主轴旋转的很小间隙，电机腔内有机工质和膨胀机转子腔内工质仅发生少量质量交换。本发明解决了膨胀机发电机冷却问题。

Description

一种用于有机朗肯循环的封闭式膨胀机组发电机喷雾冷却 系统
技术领域
本发明涉及用于有机朗肯循环封闭式膨胀机发电机喷雾冷却系统，属于中低品位能源利用领域。
背景技术
利用有机朗肯循环可以把工业余热、地热等中低品位能源高效转化为电能。有机朗肯循环的关键部件是膨胀机。常规开启式膨胀机有一根伸出机壳外的轴与发电机联结，以驱动发电机旋转发电。开启式膨胀机的主要缺点是有机工质容易通过膨胀机轴封漏出壳体，造成工质损失。为解决轴封泄漏问题，可把膨胀机和发电机封闭在同一壳体内，即为封闭式膨胀机。封闭式膨胀机的主要缺点是其内部发电机冷却困难。常规封闭式制冷压缩机一般利用吸气来冷却电动机，即压缩机吸气先吸收电机热量后再进入压缩腔被压缩。而膨胀机进、排温度均较高，难以直接冷却发电机，冷却困难时发电机容易产生高温，造成绝缘损坏。
发明内容
本发明的目的是解决有机朗肯循环封闭式膨胀机发电机冷却问题。
本发明所述的一种用于有机朗肯循环的封闭式膨胀机组发电机喷雾冷却系统，其特征在于，采用喷雾器和有机冷却介质进行冷却，有机冷却介质与有机朗肯循环的工作介质为同一种介质，在有机朗肯循环的封闭式膨胀机组发电机中，在独立分割的发电机腔体(18)与膨胀机转子腔体(10)之间设置一缝隙或间隙使得发电机腔体(18)与膨胀机转子腔体(10)之间连通，此缝隙或间隙称为电机腔和膨胀机腔连通间隙(16)；同时在发电机腔体(18)上电机腔进口附近安装有雾化器(4)，把有机工质雾化后喷入电机腔体(18)内；发电机腔和膨胀机转子腔之间存在连通间隙；膨胀机正常工作时，电机腔内工质和膨胀机转子腔内工质通过连通间隙发生质量和热量交换，经吸收电机腔体内热量后，部分或全部蒸发的有机工质经电机腔出口(8)离开封闭式膨胀机。
把有机工质雾化后喷入电机腔体(18)内后，电机腔内的定子流道(6)、定子转子之间的气隙(3)等处充满有机工质雾滴，雾滴蒸发带走电机腔热量，降低电机工作温度；同时发电机转子(2)在旋转的同时增加对雾滴的扰动，强化对电机的冷却。
膨胀机的结构类型是任意的，可以为速度式膨胀机或容积式膨胀机。封闭类型可以为半封闭式，表现为壳体通过坚固件连接，也可以为全封闭式，表现为壳体为整体焊接。
发电机类型是任意的，可以为同步发电机或异步发电机。
对喷嘴进行雾化的可以为加压雾化，或其它雾化形式，如超声波雾化。
进一步，通过中间设备或装置将有机朗肯循环的封闭式膨胀机组发电机外部的有机冷却介质与有机朗肯循环的工作介质组成循环模式。
进一步优选，有机朗肯循环的封闭式膨胀机组发电机中封闭式膨胀机21、回热器22、引射器23、冷凝器24、工质泵25、蒸发器26通过管道连接。从工质泵出来的高压有机工质液体分为两部分：主流部分在回热器22、蒸发器26中吸收热量后变成高温高压蒸气进入膨胀机进口，另一小部分高压制冷剂液体经雾化后喷入封闭式膨胀机21电机腔。发电机转子旋转可对液滴进行扰动，强化液滴蒸发，吸收电机发热量和从膨胀机转子腔漏入热量。膨胀机腔出来的膨胀机排气进入回热器放出热量后进入引射器，把电机腔内部分蒸发或完全蒸发的有机工质引射出电机腔。两股流体混合后进入冷凝器24，冷凝液再由工质泵加压后重新循环。膨胀机运行时，由于膨胀机转子腔和电机腔连通间隙很小，两腔内有机工质仅发生微量质量交换。上述流程中引射器为选装部件，如果不装引射器时电机腔冷却介质循环量足以冷却电机至合理工作温度，也可不装引射器，直接将电机腔冷却介质冷凝或引入冷凝器冷凝并与有机朗肯循环工作介质混合。
由于雾滴蒸发冷却效果好，电机可得到充分冷却，并且无开启式膨胀机轴封泄漏风险。同时膨胀机排气温度基本不受影响，可继续通过回热提高循环效率。
附图说明
附图1，有机朗肯循环封闭式膨胀机发电机喷雾冷却结构示意图；
附图2，本发明实施示例整体运行结构图。
发电机定子1、发电机转子2、定子转子气隙3、雾化器4、发电机侧端盖5、定子流道6、主轴7、电机腔工质出口8、壳体9、膨胀机转子腔体10、膨胀机侧端盖11、膨胀机工质出口12、主轴承13、膨胀机工质进口14、副轴承15、电机腔和膨胀机腔连通间隙16、接线盒17、发电机腔体18、封闭式膨胀机19、回热器20、引射器21、冷凝器22、工质泵23、蒸发器24。
具体实施方式
下面结合实施例对本发做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1：
有机朗肯循环的封闭式膨胀机的膨胀机转子腔体10侧面上设有膨胀机工质进口14，有机朗肯循环的封闭式膨胀机的左端的膨胀机侧端盖11上设有膨胀机工质出口12，有机朗肯循环的封闭式膨胀机中心主轴7在膨胀机转子腔体10外右端的部分与发电机转子2进行同轴固定，发电机转子2的外侧周为发电机定子1，发电机转子2与发电机定子1同轴嵌套，且两者之间具有间隔空隙称为定子转子气隙3，发电机转子2和发电机定子1被包围设置在同一个发电机腔体18内，发电机腔体18的右端面为发电机侧端盖5，发电机侧端盖5上设有进口，进口安装有雾化器4；在发电机定子1左侧对应的发电机腔体18的周侧面上设有电机腔工质出口8；在发电机腔体18内发电机转子2左侧设有一缝隙或间隙使得发电机腔体18与膨胀机转子腔体10连通，缝隙或间隙称为电机腔和膨胀机腔连通间隙16。
发电机腔体18与发电机定子1之间具有就空隙称为定子流道6。
发电机侧端盖5与发电机定子1的外侧四周之间封闭。
膨胀机转子腔体10和发电机腔体18之间独立分割且共用一个壳体形成各自的腔体。
膨胀机转子腔体10、发电机腔体18与主轴7之间采用主轴承13或/和副轴承15进行支撑固定；发电机腔体18上连接有接线盒17。
从雾化器进口4喷进雾化工质，雾化工质与膨胀机工质相同。
如图2所示，封闭式膨胀机19、回热器20、引射器21、冷凝器22、工质泵23、蒸发器24通过管道连接。从工质泵出来的高压有机工质液体分为两部分：主流部分在回热器20、蒸发器24中吸收热量后变成高温高压蒸气进入膨胀机进口，另一小部分高压制冷剂液体经雾化后喷入封闭式膨胀机19电机腔。
由定子1、转子2组成的发电机和膨胀机共用一个壳体。和封闭式压缩机不同的是，电机腔和膨胀机转子腔相对分隔，仅通过一定间隙，如电机腔和膨胀机腔间隙16连通，该间隙用于主轴旋转传递动力，膨胀机腔单独开设有膨胀机进口14和膨胀机出口12。电机腔进口附近安装有雾化器4，把有机工质雾化后喷入电机腔，电机腔内定子流道6、定子转子气隙3等处充满有机工质雾滴，雾滴蒸发带走电机腔热量，降低电机工作温度。发电机转子2旋转可增加对雾滴的扰动，强化对电机的冷却。为实现膨胀机转子和发电机转子之间的动力传递，发电机腔和膨胀机转子腔必须存在连通间隙。膨胀机正常工作时，电机腔内工质和膨胀机转子腔内工质通过连通间隙发生少量质量交换。
发电机转子旋转可对液滴进行扰动，强化液滴蒸发，吸收电机发热量和从膨胀机转子腔漏入热量。膨胀机腔出来的膨胀机排气进入回热器放出热量后进入引射器，把电机腔内部分蒸发或完全蒸发的有机工质引射出电机腔。两股流体混合后进入冷凝器22，冷凝液再由工质泵加压后重新循环。膨胀机运行时，由于膨胀机转子腔和电机腔连通间隙很小，两腔内有机工质仅发生微量质量交换。因此，本发明电机可得到充分冷却，并且无开启式膨胀机轴封泄漏风险。同时膨胀机排气温度基本不受影响，可继续通过回热提高循环效率。

Claims (7)

1.一种用于有机朗肯循环的封闭式膨胀机组发电机喷雾冷却系统，其特征在于，采用喷雾器和有机冷却介质进行冷却，有机冷却介质与有机朗肯循环的工作介质为同一种介质，在有机朗肯循环的封闭式膨胀机组发电机中，在独立分割的发电机腔体(18)与膨胀机转子腔体(10)之间设置一缝隙或间隙使得发电机腔体(18)与膨胀机转子腔体(10)之间连通，此缝隙或间隙称为电机腔和膨胀机腔连通间隙(16)；同时在发电机腔体(18)上电机腔进口附近安装有雾化器(4)，把有机工质雾化后喷入电机腔体(18)内；发电机腔和膨胀机转子腔之间存在连通间隙；膨胀机正常工作时，电机腔内工质和膨胀机转子腔内工质通过连通间隙发生质量和热量交换，经吸收电机腔体内热量后，部分或全部蒸发的有机工质经电机腔出口(8)离开封闭式膨胀机。
2.按照权利要求1所述的一种用于有机朗肯循环的封闭式膨胀机组发电机喷雾冷却系统，其特征在于，把有机工质雾化后喷入电机腔体(18)内后，电机腔内的定子流道(6)、定子转子之间的气隙(3)等处充满有机工质雾滴，雾滴蒸发带走电机腔热量，降低电机工作温度；同时发电机转子(2)在旋转的同时增加对雾滴的扰动，强化对电机的冷却。
3.按照权利要求1所述的一种用于有机朗肯循环的封闭式膨胀机组发电机喷雾冷却系统，其特征在于，膨胀机的结构类型是任意的，优选为速度式膨胀机或容积式膨胀机；封闭类型为半封闭式，表现为壳体通过坚固件连接，或为全封闭式，表现为壳体为整体焊接。
4.按照权利要求1所述的一种用于有机朗肯循环的封闭式膨胀机组发电机喷雾冷却系统，其特征在于，发电机类型是任意的，为同步发电机或异步发电机。
5.按照权利要求1所述的一种用于有机朗肯循环的封闭式膨胀机组发电机喷雾冷却系统，其特征在于，雾化器为加压雾化，或其它雾化形式，如超声波雾化。
6.按照权利要求1所述的一种用于有机朗肯循环的封闭式膨胀机组发电机喷雾冷却系统，其特征在于，通过中间设备或装置将有机朗肯循环的封闭式膨胀机组发电机外部的有机冷却介质与有机朗肯循环的工作介质组成循环模式。
7.按照权利要求6所述的一种用于有机朗肯循环的封闭式膨胀机组发电机喷雾冷却系统，其特征在于，有机朗肯循环的封闭式膨胀机组发电机中封闭式膨胀机、回热器、引射器、冷凝器、工质泵、蒸发器通过管道连接；从工质泵出来的高压有机工质液体分为两部分：主流部分在回热器、蒸发器中吸收热量后变成高温高压蒸气进入膨胀机进口，另一小部分高压制冷剂液体经雾化后喷入封闭式膨胀机电机腔；发电机转子旋转可对液滴进行扰动，强化液滴蒸发，吸收电机发热量和从膨胀机转子腔漏入热量。膨胀机腔出来的膨胀机排气进入回热器放出热量后进入引射器，把电机腔内部分蒸发或完全蒸发的有机工质引射出电机腔。两股流体混合后进入冷凝器，冷凝液再由工质泵加压后重新循环；膨胀机运行时，由于膨胀机转子腔和电机腔连通间隙很小，两腔内有机工质仅发生微量质量交换；上述流程中引射器为选装部件，如果不装引射器时电机腔冷却介质循环量足以冷却电机至合理工作温度，也可不装引射器，直接将电机腔冷却介质冷凝或引入冷凝器冷凝并与有机朗肯循环工作介质混合。
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