CN206874427U - 一种边界层剪切透平发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种边界层剪切透平发电系统，利用空调冷却水进行发电，其特征在于，包括：集水箱，具有进水口和出水口，进水口通过水管与空调冷却塔连通，收集来自空调冷却塔的水；边界层剪切透平，与集水箱通过水管连通，接收来自集水箱的水进行运转，边界层剪切透平为立式特斯拉涡轮机；联轴器，一端与边界层剪切透平连接；以及发电机，与联轴器的另一端相连接，通过边界层剪切透平的驱动运转来发电并输出。本实施例所提供的边界层剪切透平发电系统具有结构简单和维护方便的特点，同时有效地利用了空调冷却水的能量，绿色环保。

Description

一种边界层剪切透平发电系统

技术领域

本实用新型涉及发电领域，具体涉及一种利用空调冷却水的边界层剪切透平发电系统。

背景技术

如今能源问题已经成为一个亟需解决的问题，当下我们着眼于寻找可替代的能源和高效利用现有能源。新兴能源提供了一部分解决方案，我们从实际出发，众所周知，中央空调冷却系统是大楼中必不可少的设施，消耗电量非常庞大，冷却水塔大多放置于屋顶，具有足够的高度进行水力发电。

现有利用空调冷却水发电的装置，是通过将空调中的冷却水收集到水箱中，利用从高楼落下的冷却水的重力势能，经水管将冷却水引至水轮机，带动叶片转动，叶片轴带动联轴器，与发电机相连，产生电能。然而由于水轮机通过流水冲击叶片来获得机械能，其效率比较低，从而产生的功率也比较小。

边界层剪切透平是一种无叶片透平，由尼古拉·特斯拉在1913年实用新型，又称特斯拉透平。它由一系列共轴的平行圆盘组成，圆盘之间的间隙很小。工质从圆盘间隙射入，依靠流体粘性剪切力来驱动透平。由于特斯拉透平具有结构简单、高转速下可操控性强、工质适应性好等优异的特点，目前国内外有不少学者致力于特斯拉透平的开发和利用方面的研究，并取得了一定的成就。

实用新型内容

本实用新型是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种利用空调冷却水进行发电的边界层剪切透平发电系统。

本实用新型提供了一种边界层剪切透平发电系统，具有这样的特征，包括：集水箱，具有进水口和出水口，进水口通过水管与空调冷却塔连通，收集来自空调冷却塔的水；边界层剪切透平，与集水箱的出水口通过水管连通，接收来自集水箱的水进行运转，边界层剪切透平为立式特斯拉涡轮机；联轴器，一端与边界层剪切透平连接；以及发电机，与联轴器的另一端相连接，通过边界层剪切透平的驱动运转来发电并输出。

在本实用新型提供的边界层剪切透平发电系统中，还可以具有这样的特征：其中，立式特斯拉涡轮机包括：壳体、主轴、特斯拉圆盘组、托盖以及底座；壳体包括上端盖、下端盖以及中间壳身，该中间壳身具有射流通道，主轴设置在壳体内，且主轴的前端贯穿上端盖的中部，主轴的后端贯穿下端盖的中部，特斯拉圆盘组固定在主轴上，包括多个与主轴同轴的圆盘，托盖固定在下端盖上，用于支撑主轴，底座固定在下端盖的下表面，提供支撑并将立式特斯拉涡轮机竖立，射流通道供集水箱的水流入立式特斯拉涡轮机并喷射至多个圆盘上，从而带动圆盘转动，进而驱动主轴旋转。

在本实用新型提供的边界层剪切透平发电系统中，还可以具有这样的特征：其中，下端盖下方设置有排水管，用于排水，底座为中空的结构，用于容纳排水管排出的水。

在本实用新型提供的边界层剪切透平发电系统中，还可以具有这样的特征：其中，集水箱的外围设置有多圈助片，用于提高集水箱中水与外界进行热交换的换热效率。

在本实用新型提供的边界层剪切透平发电系统中，还包括：调节阀，设置在集水箱与边界层剪切透平之间的水管上，用于调节来自集水箱的水流速度。

在本实用新型提供的边界层剪切透平发电系统中，还包括：蓄电池，与发电机进行电连接，用于储存发电机输出的电能。

在本实用新型提供的边界层剪切透平发电系统中，还可以具有这样的特征：其中，蓄电池设置在空调冷却塔中，与该空调冷却塔进行电连接，用于对空调冷却塔进行供电，蓄电池上设置有开关，用于控制蓄电池的供电状态。

实用新型的作用与效果

根据本实用新型所涉及的边界层剪切透平发电系统包括集水箱、边界层剪切透平、联轴器以及发电机。集水箱与空调冷却塔连通，收集来自空调冷却塔的水；边界层剪切透平与集水箱通过水管连通，接收来自集水箱的水进行运转；联轴器与边界层剪切透平连接和发电机相连接；发电机被边界层剪切透平驱动运转来发电并输出。

因为本实用新型所涉及的边界层剪切透平发电系统利用空调冷却水的能量驱动边界层剪切透平来进行发电，所以，本实用新型所提供的边界层剪切透平发电系统具有结构简单和维护方便的特点，同时有效地利用了空调冷却水的能量，绿色环保。

附图说明

图1是本实用新型的实施例中边界层剪切透平发电系统的示意图；

图2是本实用新型实施例中边界层剪切透平的剖面示意图；

图3是本实用新型实施例中边界层剪切透平的中间壳身三视图；以及

图4是本实用新型实施例中边界层剪切透平的下端盖的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本实用新型所涉及的边界层剪切透平发电系统作具体阐述。

图1是本实用新型的实施例中边界层剪切透平发电系统示意图。

如图1所示，边界层剪切透平发电系统100与位于高处的空调冷却塔200连接，利用空调冷却水的能量进行发电，包括：集水箱10、边界层剪切透平20、联轴器30、发电机40、调节阀50、蓄电池(图中未示)、导线60以及水管70。

集水箱10具有进水口和出水口，进水口通过水管70与空调冷却塔200连通，收集来自空调冷却塔200的水。集水箱10的外围设置有多圈助片11，用于增大接触面积，有利于提高集水箱10中水与外界进行热交换的换热效率。由于水温的降低，使流水的粘度增强，从而流水在边界层剪切透平20中工作时可以产生更大的剪切力，进而提高边界层剪切透平20的机械效率。

边界层剪切透平20与集水箱10的出水口通过水管70连通，接收来自集水箱10的水进行运转。在本实施例中边界层剪切透平20为立式特斯拉涡轮机。

图2是本实用新型实施例中边界层剪切透平的剖面示意图。

如图2所示，边界层剪切透平20包括壳体21、主轴22、特斯拉圆盘组23、托盖24、底座25以及排水管26。

壳体21包括中间壳身211、上端盖212以及下端盖213。

图3是本实用新型实施例中边界层剪切透平的中间壳身三视图。

如图3所示，中间壳身211具有中心孔211a、两个射流通道211b以及八个螺栓孔211c。

中心孔211a位于中间壳身211的中心位置，供主轴22贯穿。中心孔211a的尺寸与主轴22相匹配，以达到良好的密封效果。

两个射流通道211b供工作流体(来自集水箱10的水)流入立式特斯拉涡轮机。如图3中右上方的图所示，在本实施中射流通道211b为从壳身211的侧面入口处向内逐渐扩大的设置。射流通道211b的渐扩设置结构简单，但起到了利于流体压力增大，从而增加做功的效率的作用。

八个螺栓孔211c位于中间壳身211上表面和下表面，与上端盖212和下端盖213上的贯穿孔相匹配，用于固定连接上端盖212和下端盖213。

图4是本实用新型实施例中边界层剪切透平的下端盖的示意图。

其中，图4A、4B分别为下端盖的俯视图和侧视图。

如图4A和图2所示，下端盖213上设置有四个出口孔213a，出口孔213a与设置下端盖213下方的排水管26相匹配，做完功的流体通过出口孔213a及时地排出。

下端盖213上设置有四个贯穿孔213b，与中间壳身211上的螺栓孔211c相匹配。

下端盖213上设置有四个螺纹孔213c，用于固定托盖24。

如图4B所示，下端盖213上还设置有轴肩213d，对壳体21内的工作流体起到一定的密封作用。

如图2所示，主轴22设置在壳体21内，且主轴22的前端贯穿上端盖212的中部，主轴22的后端贯穿下端盖213的中部。此外主轴22是竖直设置，且特斯拉圆盘组23是水平设置的，因此水流流入时不会受到重力作用的影响，有利于做功。

特斯拉圆盘组23固定在主轴22上，包括多个与主轴22同轴的圆盘。圆盘之间间隔一定间距。多个圆盘通过铁丝固定在主轴22的轴套上，轴套上有穿孔，该穿孔与主轴22上对应的通孔通过铁丝固定。

托盖24固定在下端盖213上，用于支撑主轴22。

底座25固定在下端盖213的下表面，提供支撑并将立式特斯拉涡轮机竖立。底座25为中空的结构，通过排水管26连通壳体21内部，用于容纳排水26排出的水。

联轴器30一端与边界层剪切透平20连接，另一端与发电机40相连接。

发电机40的旋转轴与所述联轴器30的另一端相连接，通过边界层剪切透平20的驱动运转来发电并输出。

调节阀50设置在集水箱与边界层剪切透平之间的水管上，用于调节来自集水箱的水流速度。通过旋转调节螺栓来控制水流的速度，当空调冷却塔200中的冷凝器功率较大时，应加大阀门的开度；冷凝器功率较小时，应减小阀门的开度，以控制送入边界层剪切透平20中的水流速适合，从而使边界层剪切透平20更加高效的运转。

蓄电池(图中未示)设置在空调冷却塔中，一端与该空调冷却塔200进行电连接，另一端通过导线60与发电机40进行电连接，用于储存发电机40输出的电能以及对空调冷却塔200进行供电。蓄电池上设置有开关，用于控制蓄电池的供电状态。当蓄电池储蓄的电能达到一定值时，开关自动打开，以提供一部分电能给空调冷却塔200，当蓄电池中的电能低于一定值时，开关自动关闭。由于本装置利用的是冷却水的重力势能，比较有限，且随空调功率的变化而变化，其工况具有一定的不稳定性，而设置蓄电池，则便于利用累积产生的能量方便持续稳定的使用。

本实施例中的水管70采用分段水管，用转接口来连接各部分，使其在应用过程中，能方便地安装、拆卸、清洗。

以下结合附图说明实施例的边界层剪切透平发电系统100的工作过程：

如图1和图2所示，集水箱10收集空调冷却塔200输出的冷却水后，储存在集水箱10中，在调节阀50的作用下，集水箱10中的冷却水通过水管70流向边界层剪切透平20。冷却水通过水管70流入边界层剪切透平20的入口，冲入其中圆盘的间隙中，由于间隙比较小，流速也比较小，流场为层流，从而依靠层流界层的粘性剪切力驱动特斯拉圆盘组23，进而驱动主轴22旋转。联轴器30将边界层剪切透平20的主轴22与发电机40相连，发电机40通过边界层剪切透平20驱动运转来发电。发电机40输出的电能通过导线60输出到设置于空调冷却塔200中的蓄电池(图中未示)进行存储。蓄电池中存储的电能可供空调冷却塔200使用。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的边界层剪切透平发电系统包括集水箱、边界层剪切透平、联轴器以及发电机。集水箱与空调冷却塔连通，收集来自空调冷却塔的水；边界层剪切透平与集水箱通过水管连通，接收来自集水箱的水进行运转；联轴器与边界层剪切透平连接和发电机相连接；发电机被边界层剪切透平驱动运转来发电并输出。

因为本实施例所涉及的边界层剪切透平发电系统利用空调冷却水的能量驱动边界层剪切透平来进行发电，所以，本实施例所提供的边界层剪切透平发电系统具有结构简单和维护方便的特点，同时有效地利用了空调冷却水的能量，绿色环保。

另外，本实施例采用边界层剪切透平，其效率在小流量范围内非常高，其效率比水轮机高很多。

进一步地，本实施例为蓄电式发电，将发电机产生的能量储存于蓄电池中，其存储的电能可供空调冷却塔使用。

进一步地，本实施例的边界层剪切透平为立式特斯拉涡轮机，其主轴是竖直设置，且特斯拉圆盘组是水平设置的，因此水流流入时不会受到重力作用的影响，有利于做功。

上述实施方式为本实用新型的优选案例，并不用来限制本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种边界层剪切透平发电系统，利用空调冷却水进行发电，其特征在于，包括：

集水箱，具有进水口和出水口，所述进水口通过水管与空调冷却塔连通，收集来自所述空调冷却塔的水；

边界层剪切透平，与所述集水箱的所述出水口通过水管连通，接收来自所述集水箱的水进行运转，所述边界层剪切透平为立式特斯拉涡轮机；

联轴器，一端与所述边界层剪切透平连接；以及

发电机，与所述联轴器的另一端相连接，通过所述边界层剪切透平的驱动运转来发电并输出。

2.根据权利要求1所述的边界层剪切透平发电系统，其特征在于：

其中，所述立式特斯拉涡轮机包括：壳体、主轴、特斯拉圆盘组、托盖以及底座；

所述壳体包括上端盖、下端盖以及中间壳身，该中间壳身具有射流通道，

所述主轴设置在所述壳体内，且所述主轴的前端贯穿所述上端盖的中部，所述主轴的后端贯穿所述下端盖的中部，

所述特斯拉圆盘组固定在所述主轴上，包括多个与所述主轴同轴的圆盘，

所述托盖固定在所述下端盖上，用于支撑所述主轴，

所述底座固定在所述下端盖的下表面，提供支撑并将所述立式特 斯拉涡轮机竖立，

所述射流通道供所述集水箱的水流入所述立式特斯拉涡轮机并喷射至多个所述圆盘上，从而带动所述圆盘转动，进而驱动所述主轴旋转。

3.根据权利要求2所述的边界层剪切透平发电系统，其特征在于：

其中，所述下端盖下方设置有排水管，用于排水，

所述底座为中空的结构，用于容纳所述排水管排出的水。

4.根据权利要求1所述的边界层剪切透平发电系统，其特征在于：

其中，所述集水箱的外围设置有多圈助片，用于提高所述集水箱中水与外界进行热交换的换热效率。

5.根据权利要求1所述的边界层剪切透平发电系统，其特征在于还包括：

调节阀，设置在所述集水箱与所述边界层剪切透平之间的所述水管上，用于调节来自所述集水箱的水流速度。

6.根据权利要求1所述的边界层剪切透平发电系统，其特征在于还包括：

蓄电池，与所述发电机进行电连接，用于储存所述发电机输出的电能。

7.根据权利要求6所述的边界层剪切透平发电系统，其特征在于：

其中，所述蓄电池设置在所述空调冷却塔中，与该空调冷却塔进行电连接，用于对所述空调冷却塔进行供电，

所述蓄电池上设置有开关，用于控制所述蓄电池的供电状态。