[发明专利]涡旋发电机及发电方法

说明书

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，特别是采用涡旋盘进行膨胀发电的设备及方法。

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，工作介质通常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。

现有的涡旋压缩机主要是实现对流体特别是制冷剂进行压缩的设备，通过消耗电能实现对气体的增压，流体经过该设备后压力增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种流体涡旋发电机，借助两个或多个涡旋盘之间的容积变化，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；采用涡旋盘之间的容积膨胀，推动动涡旋盘旋转，动涡旋盘带动转子进行旋转，将流体的运行能量转化为电能。流体为液体、气体、超临界流体、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，采用涡旋盘结构，流体在两个或多个涡旋盘之间进行膨胀运行，实现对动涡旋盘的驱动，动涡轮盘驱动转子旋转，将流体的运动能量转换为机械能，在通过定子与转子的相互运动，将机械能转化为电能。

本发明特别是适合于小型的发电设备，可以实现1w-300kw的各种发电，优选区域为5kw-70kw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，特别是采用有机朗肯循环实现的发电。

具体发明内容如下：

涡旋流体发电机，由流体、转子、定子、涡旋盘、壳体组成，其特征是：至少含有两个涡旋盘，两个涡旋盘上的涡旋之间实现多点啮合，至少有一个称为动涡旋盘的涡旋盘运动，动涡旋盘与转子连接，定子设置在转子周围，壳体将转子、定子、涡旋盘密闭成为一个腔体，壳体上设置有流体进口和出口。流体从进口进入涡旋盘之间的容腔膨胀推动动涡旋盘转动，动涡旋盘带动转子旋转，转子和定子相互运动产生电能。

涡旋盘由端板及在其上设置的至少一个涡旋齿组成，涡旋齿的基本齿型线为下列一种：园的渐开线、线段渐开线、正多边形渐开线、平行四边形渐开线、阿基米德螺旋线、代数螺旋线、变径基园渐开线、包络型线、通用型线、园弧加直线修正、园渐开线修正、多对圆弧修正三角函数修正。

同一个涡旋盘上的齿形线由至少选自基本齿形线的两种以及两种以上的型线连接成的光滑型线组成，其优选为：园渐开线-圆弧-园渐开线组合型线、园渐开线-三类型-园渐开组合型线、线段渐开线-高次曲线-园渐开线。

为了保证两个涡旋盘只能进行公转运动而不能进行相对旋转，设置有自转机构，优选为下一种：十字环防转结构、滚珠防转结构、圆柱销防转结构、曲柄防转结构。

为了保证涡旋盘的轴向和/或径向的稳定性及自动补偿，设置有轴向和/或径向柔性机构，轴向柔性机构为下列一种：背压结构、静涡旋旋盘结构、密封条悬浮结构；径向柔性机构选自下列一种：偏心套结构、扁平销-轴套结构、松轴套-销钉结构、偏心转盘结构、棱柱销-转套结构、滑块调节结构。

动涡旋盘上设有转动轴，转动轴与转子上的转动轴可以直接连接或与变速齿轮箱的输入轴连接，变速箱的输出轴连接转子上的转动轴。

壳体为真空密闭腔体、密封腔体、封闭腔体、开口腔体的一种。

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。

流体经由壳体的入口，经涡旋盘膨胀后从出口流出，流体选择自下列至少一种或其混合物：

液体；