CN113565586A - 一种用于有机朗肯循环的封闭式膨胀机组发电机排气-喷雾冷却系统 - Google Patents
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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排气‑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，膨胀机腔与发电机腔相互连通，在发电机腔体上靠近膨胀机排气口处安装有雾化器，通过流量调节阀控制雾化器所雾化工质的流量，来冷却膨胀机排气，混合换热后的工质经定子外围流道和定转子气隙带走发电机热量。同时发电机转子的旋转以及膨胀机排气的较高流速不仅可以加强雾化工质与膨胀机排气的换热，也可强化混合后工质对发电机的冷却。本发明解决了封闭式膨胀机发电机冷却问题。
Description
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排气-喷雾冷却系统，属于中低品位能源利用领域。
背景技术
从可再生能源利用和废热回收的角度来看，把中低品位能源高效转化为电能毫无疑问可以减小化石能源消耗以及由此引起的二氧化碳和各类污染物排放，同时助力碳中和目标的实现。有机朗肯循环技术是实现中低品位能源发电的有效途径，膨胀机是有机朗肯循环实现能量转换的核心部件，膨胀机的输出功多用于驱动发电机而产生电能。封闭式膨胀机将发电机与膨胀机封装在同一壳体内，这样可以避免因轴封所引起的泄露问题。而封闭式膨胀机的主要缺点是其内部发电机冷却困难。对于封闭式制冷压缩机通常采用吸气的方式来冷却电动机，即制冷剂先流经电机吸收热量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，引发安全事故。
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组发电机冷却问题。
本发明所述的一种用于有机朗肯的封闭式膨胀机组发电机排气-喷雾冷却系统，其特征在于，有机朗肯循环的封闭式膨胀机(16)的膨胀机转子腔体(1)右侧与发电机腔左侧之间轴向连接并通过连接径面的膨胀机排气口(10)连通，膨胀机排气可直接进入发电机腔；膨胀机转子腔体(1)侧面上设有膨胀机工质进口(2)；发电机腔右侧壳体设有发电机腔工质出口(6)，有机朗肯循环封闭式膨胀机中心主轴(11)与发电机腔内的发电机转子(5)同轴固定，发电机定子(9)内侧为发电机转子(5)，发电机定子(9)与发电机转子(5)匹配，两者之间空隙为定转子气隙(7)，发电机转子(5)和发电机定子(9)被包围在同一个发电机腔体内，发电机腔体与发电机定子(9)之间具有空隙称为定子外围流道(8)；发电机腔体的周侧面上靠近膨胀机排气口(10)处设有冷却工质进口，冷却工质进口处安装有雾化器(3)；同样在发电机腔的周侧上设有接线盒(4)；
发电机腔工质出口(6)经由冷凝器(15)与进口工质泵(14)连接，工质泵(14)的出口分为两支路，一支路经由蒸发器(12)与膨胀机工质进口(2)连接，工质泵(14)出口的另一支路依次经由流量调节阀(13)、雾化器(3)进入发电机腔。
雾化器(3)通过流量调节阀(13)控制来自冷凝器(15)中的低温液态工质雾化喷入发电机腔的流量，对膨胀机排气进行冷却；
采用雾化器(3)将低温有机冷却介质雾化后对膨胀机排气进行冷却，混合换热后直接对发电机进行冷却，有机冷却介质与有机朗肯循环的工作介质为同一种介质。在封闭式膨胀机组中，发电机腔体与膨胀机腔体之间是连通的；在发电机腔体上靠近膨胀机排气口(10)出附近安装有雾化器(3)，把有机工质雾化后喷入发电机腔体内与从膨胀机排出的气体进行换热。膨胀机正常工作时，通过流量调节阀(13)可控制雾化器(3)所雾化工质的流量，从而可以控制与膨胀机排气混合换热后工质的温度以及液滴含量，混合后的工质流经定子外围流道(8)和定转子气隙(7)带走发电机热量，最后经发电机腔工质出口(10)离开封闭式膨胀机(16)。
膨胀机的结构类型是任意的，可以为容积式膨胀机也可以为速度式膨胀机；同样封闭类型可以为可拆卸的半封闭式，也可以为不可拆卸的全封闭式。
发电机类型是任意的，可以为异步发电机或同步发电机。
发电机腔入口处的雾化器(3)是任意的，可以为加压雾化，也可以为超声波雾化。
有机朗肯循环机组中的雾化器(3)、蒸发器(12)、流量调节阀(13)、冷凝器(15)、工质泵(14)、封闭式膨胀机(16)之间通过工质管道连接。雾化器(3)置于发电机腔上靠近膨胀机排气口(10)处。从工质泵(14)出来的高压有机工质液体也是分为两部分：主流部分在蒸发器(12)中吸收热量后变成高温高压蒸气进入膨胀机做功，排出的乏气进入发电机腔；另一小部分高压制冷剂液体通过经雾化后喷入封闭式膨胀机发电机腔对膨胀机排气进行冷却，混合后的工质再对发电机进行冷却，经发电机腔工质出口(6)进入冷凝器(15)，由于发电机转子(5)的旋转以及较高的膨胀机排气流速，不仅强化排气工质与雾化工质的换热，也可加强混合后工质对发电机的冷却。冷凝器(15)的冷凝液再由工质泵(14)加压重新循环。
附图说明
附图1，有机朗肯循环封闭式膨胀机发电机排气-喷雾冷却结构示意图；
附图2，有机朗肯循环机组运行结构图。
膨胀机转子腔体1、膨胀机工质进口2、雾化器3、接线盒4、发电机转子5、发电机腔工质出口6、定转子气隙7、定子外围流道8、发电机定子9、膨胀机排气口10、主轴11、蒸发器12、流量调节阀13、工质泵14、冷凝器15、封闭式膨胀机16。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，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组的膨胀机转子腔体(1)侧面上设有膨胀机工质进口(2)，而膨胀机排气口(10)与发电机腔体连通，膨胀机排气可直接进入发电机腔。发电机腔体上靠近膨胀机排气口(10)装有雾化器(3)，通过流量调节阀(13)控制来自冷凝器15中的低温液态工质雾化喷入发电机腔的流量，对膨胀机排气进行冷却。发电机腔右侧壳体设有发电机腔工质出口(6)，有机朗肯循环封闭式膨胀机中心主轴(11)与发电机转子(5)同轴固定，发电机定子(9)内侧为发电机转子(5)，两者之间空隙为定转子气隙(7)，发电机转子(5)和发电机定子(9)被包围在同一个发电机腔体内，发电机腔体的右端面设有工质出口，发电机腔体的周侧面上靠近膨胀机排气口(10)处设有冷却工质进口，进口处安装有雾化器(3)，同样在发电机腔的周侧上设有接线盒(4)。发电机腔体与发电机定子(9)之间具有空隙称为定子外围流道(8)。
经雾化器(3)雾化喷入发电机腔内的工质与膨胀机工质相同。
如附图2所示，封闭式膨胀机(16)、冷凝器(15)、工质泵(14)、流量调节阀(13)、蒸发器(12)、雾化器(3)通过管道连接。从冷凝器(15)出来有机工质液体经工质泵(14)加压分成两部分：主流部分在蒸发器(12)中吸收热量后变为高温高压蒸汽经膨胀机工质进口(2)进入膨胀机做功，另一部分高压制冷剂液体经流量调节阀(13)由雾化器(3)后喷入电机腔冷却膨胀机排气。最后两部分工质混合换热后经定子外围流道(8)和定转子气隙(7)由发电机腔工质出口(6)进入冷凝器(15)，完成循环。
流量调节阀(13)可控制雾化器所雾化工质的流量，当喷入的雾化工质流量过少时，与膨胀机排气混合换热后将不含有液滴，当喷入的雾化工质流量过多时，与膨胀排气混合换热后将含有液滴。
有发电机定子(9)、发电机转子(5)组成的发电机和膨胀机共用一个壳体。经膨胀机转子做完功的工质进入发电机腔，而经雾化器(3)雾化喷入的工质将会对膨胀机排气进行冷却，可以通过流量调节阀(13)来控制喷入发电机腔内雾化工质的流量，从而进一步控制混合换热后工质的温度，混合换热后的工质经定转子气隙(7)和定子外围流道(8)流过发电机带走热量，最后经发电机腔工质出口(6)进入冷凝器(15)。发电机转子(5)的旋转和较高的膨胀机排气流速可以加强雾化工质与膨胀机排气的换热，同时也可以强化混合后工质对发电机的冷却效果。流量调节阀(13)可以调控喷入发电机腔工质的流量，从而确保有机朗肯循环封闭式膨胀机组的安全运行。
Claims (8)
1.一种用于有机朗肯的封闭式膨胀机组发电机排气-喷雾冷却系统，其特征在于，有机朗肯循环的封闭式膨胀机(16)的膨胀机转子腔体(1)右侧与发电机腔左侧之间轴向连接并通过连接径面的膨胀机排气口(10)连通，膨胀机排气可直接进入发电机腔；膨胀机转子腔体(1)侧面上设有膨胀机工质进口(2)；发电机腔右侧壳体设有发电机腔工质出口(6)，有机朗肯循环封闭式膨胀机中心主轴(11)与发电机腔内的发电机转子(5)同轴固定，发电机定子(9)内侧为发电机转子(5)，发电机定子(9)与发电机转子(5)匹配，两者之间空隙为定转子气隙(7)，发电机转子(5)和发电机定子(9)被包围在同一个发电机腔体内，发电机腔体与发电机定子(9)之间具有空隙称为定子外围流道(8)；发电机腔体的周侧面上靠近膨胀机排气口(10)处设有冷却工质进口，冷却工质进口处安装有雾化器(3)；同样在发电机腔的周侧上设有接线盒(4)；
发电机腔工质出口(6)经由冷凝器(15)与进口工质泵(14)连接，工质泵(14)的出口分为两支路，一支路经由蒸发器(12)与膨胀机工质进口(2)连接，工质泵(14)出口的另一支路依次经由流量调节阀(13)、雾化器(3)进入发电机腔。
2.按照权利要求1所述的一种用于有机朗肯的封闭式膨胀机组发电机排气-喷雾冷却系统，其特征在于，雾化器(3)通过流量调节阀(13)控制来自冷凝器(15)中的低温液态工质雾化喷入发电机腔的流量，对膨胀机排气进行冷却。
3.按照权利要求1所述的一种用于有机朗肯的封闭式膨胀机组发电机排气-喷雾冷却系统，其特征在于，采用雾化器(3)将低温有机冷却介质雾化后对膨胀机排气进行冷却，混合换热后直接对发电机进行冷却，有机冷却介质与有机朗肯循环的工作介质为同一种介质。
4.按照权利要求1所述的一种用于有机朗肯的封闭式膨胀机组发电机排气-喷雾冷却系统，其特征在于，膨胀机的结构类型是任意的，为容积式膨胀机也可以为速度式膨胀机。
5.按照权利要求1所述的一种用于有机朗肯的封闭式膨胀机组发电机排气-喷雾冷却系统，其特征在于，同样封闭类型为可拆卸的半封闭式，或为不可拆卸的全封闭式；发电机类型是任意的，为异步发电机或同步发电机。
6.按照权利要求1所述的一种用于有机朗肯的封闭式膨胀机组发电机排气-喷雾冷却系统，其特征在于，发电机腔入口处的雾化器(3)是任意的，可以为加压雾化，也可以为超声波雾化。
7.按照权利要求1所述的一种用于有机朗肯的封闭式膨胀机组发电机排气-喷雾冷却系统，其特征在于，有机朗肯循环机组中的雾化器(3)、蒸发器(12)、流量调节阀(13)、冷凝器(15)、工质泵(14)、封闭式膨胀机(16)之间通过工质管道连接。
8.按照权利要求1所述的一种用于有机朗肯的封闭式膨胀机组发电机排气-喷雾冷却系统，其特征在于，从工质泵(14)出来的高压有机工质液体分为两部分：主流部分在蒸发器(12)中吸收热量后变成高温高压蒸气进入膨胀机做功，排出的乏气进入发电机腔；另一小部分高压制冷剂液体通过经雾化后喷入封闭式膨胀机发电机腔对膨胀机排气进行冷却，混合后的工质再对发电机进行冷却，经发电机腔工质出口(6)进入冷凝器(15)，由于发电机转子(5)的旋转以及较高的膨胀机排气流速，不仅强化排气工质与雾化工质的换热，也可加强混合后工质对发电机的冷却。冷凝器(15)的冷凝液再由工质泵(14)加压重新循环。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211029 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |