[发明专利]用于热发电的爪式发动机发电循环装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用热能进行发电的发动机发电循环装置，特别是涉及一种采用爪式压缩机和爪式膨胀机的用于热发电的爪式发动机发电循环装置。

背景技术

利用太阳能、工业余热进行热发电具有广泛的应用前景，热发电是利用发动机将热能转化为机械能，带动发电机进行发电。现有的热发动机主要有：汽轮机发电循环和斯特林发电循环；汽轮机装置庞大、适用于大功率发电；斯特林发电机实现难度较大。由于热发电的应用场合越来越多，为适应各种发电功率下的发电需求，提出用于热发电的新型发动机发电循环装置具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于热发电的爪式发动机发电循环装置，由加热器、单向阀、爪式压缩膨胀机（包括爪式压缩机和爪式膨胀机）、回热器、冷却器和发电机组成。其工作过程是：气体经爪式压缩机压缩后具有一定压力，进入加热器吸热后，进入爪式膨胀机内进行膨胀作功，膨胀后的气体温度仍然较高，进入回热器进行放热，使温度降低，再进入冷却器进一步被冷却，被冷却后的气体进入爪式压缩机进行压缩；被压缩后的气体进入回热器吸收膨胀后气体的热量，再进入加热器吸热使得温度再度升高；温度较高的气体经单向阀进入爪式膨胀机内进行膨胀对外作功，爪式膨胀机带动爪式压缩机和发电机运转，实现热发电。

所提出的一种用于热发电的爪式发动机发电循环装置的特点是：整个热力循环包括气体在爪式膨胀机内的多级膨胀过程、在回热器内的等压放热过程、在冷却器内的等压放热过程、在爪式压缩机内的多级压缩过程、在回热器内的等压吸热过程、在加热器内的等压吸热过程。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：①将爪式压缩机的多级爪式转子和爪式膨胀机的多级爪式转子串联在同一对轴上，这对轴联接一对同步齿轮实现爪式转子的相互啮合，组成爪式压缩膨胀机；由爪式膨胀机带动爪式压缩机用于压缩气体，并带动发电机进行发电。②将爪式膨胀机的各级爪式转子的相位在圆周上均匀分布，爪式压缩机的各级爪式转子的相位在圆周上均匀分布，使得整个轴系转子的旋转力矩均匀，实现力矩均匀输出；爪式压缩机和爪式膨胀机的级数相等，从轴的一侧向另一侧依次布置爪式膨胀机的低压级转子、爪式膨胀机的高压级转子、爪式压缩机的高压级转子、爪式压缩机的低压级转子，使得各级爪式转子上气体所产生的轴向力可实现完全平衡；将爪式压缩机和爪式膨胀机的高压级爪式转子布置在轴的中间，将爪式低压级爪式转子布置在轴的两侧，有利于轴端处的气体密封。③爪式压缩膨胀机的各级转子都采用无尖点的圆弧爪式转子型线，可改善爪式转子的受力状态、减小其变形、提高爪式转子的强度和密封性能、提高了压力比和温度适用范围。④爪式压缩机采用多级压缩，在爪式压缩机级间设置级间冷却器，减小压缩功耗；爪式膨胀机采用多级膨胀，在爪式膨胀机级间设置级间再热器，增加膨胀功输出。⑤采用回热器，实现膨胀后的气体与被压缩后的气体之间的换热，使得膨胀后的气体放热，被压缩后的气体吸热，以提高发电效率。

本发明的有益效果是：①采用爪式压缩机进行气体压缩，采用爪式膨胀机实现气体膨胀，并将爪式压缩机转子和爪式膨胀机转子进行同轴串联，组成爪式压缩膨胀机，具有结构接凑、干式无油、流动损失小、压缩和膨胀过程热效率高、运转平稳、转速高、振动噪声小和可靠性高的优点。②爪式压缩机和爪式膨胀机的级数相等，从轴的一侧向另一侧依次布置爪式膨胀机的低压级转子、爪式膨胀机的高压级转子、爪式压缩机的高压级转子、爪式压缩机的低压级转子，使得各级爪式转子上气体所产生的轴向力可实现完全平衡；③将爪式压缩机和爪式膨胀机的高压级爪式转子布置在轴的中间，将爪式低压级爪式转子布置在轴的两侧，有利于轴端处的气体密封。④爪式膨胀机的多级爪式转子的相位在圆周上均匀分布，爪式压缩机的多级爪式转子的相位在圆周上均匀分布，使得整个轴系转子的旋转力矩均匀，实现扭矩均匀输出；同时实现轴系旋转惯性力平衡。⑤爪式压缩膨胀机能够实现多级压缩和多级膨胀，同时在爪式压缩机级间设置级间冷却器，在爪式膨胀机级间设置级间再热器，可减小气体压缩功耗，增大气体膨胀功输出。⑤爪式压缩机转子和爪式膨胀机转子都采用无尖点的圆弧爪式转子，改善了爪式转子的受力状态、减小其变形、提高了强度和密封性能、提高了压力比和温度适用范围。⑥采用回热器，实现膨胀后的气体与被压缩后的气体之间的换热，使得膨胀后的气体放热，被压缩后的气体吸热，以提高发电效率。⑦爪式发动机发电循环装置可适用于利用太阳能、工业余热进行热发电的应用场合，其适应范围广。 

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1为爪式发动机发电循环装置示意图。