[发明专利]透平膨胀发电一体机

说明书

一种透平膨胀发电一体机，包括：向心涡轮，向心涡轮包括；进气蜗壳，被构造成环形，设置有适用于导入工质气体的进气口、出气口；导叶，设置于进气蜗壳的出气口处，对工质气体膨胀做功；以及叶轮，设置于进气蜗壳的环形的中心，能够在膨胀做功后的工质气体的推动下旋转；主轴，一端贯穿设置于叶轮的中心，并与叶轮固定连接；发电机构，设置于主轴远离叶轮的一端，主轴处于发电机构的部分作为电机转子，包括：发电机壳体，与进气蜗壳连接，发电机壳体的表面设置有导通工质气体的冷却结构；以及电机定子，环绕的设置于发电机壳体与主轴之间；以及工质气体供应系统，分别与向心涡轮和发电机壳体连通，以向向心涡轮和发电机壳体输送工质气体。

技术领域

本发明涉及透平膨胀机发电技术领域，尤其涉及一种透平膨胀发电一体机。

背景技术

随着环保意识逐渐增强，人们原来越重视对余热资源的利用。以内燃机为例，其在能源消耗中占有很大的比重，但能源利用率较低，燃料中将近50％的能量以低品位热能的形式被浪费，所以，对低品位热能进行合理利用尤为重要。有机朗肯循环(ORC)是一种以制冷剂、烷烃物等低沸点有机物为工质的朗肯循环热发电系统，在内燃机余热回收及工业余热回收等领域有着广泛的应用前景，与其他余热回收技术相比，ORC系统简单，效率相对较高。

向心式透平膨胀机作为膨胀机的一种，具有单级焓降大、膨胀比高的特点，同时在较小的流量下有较高的效率，以向心透平式膨胀机作为ORC系统热功转换的核心部件，有较为突出的优点。但是其转速随着功率量级的减小呈指数增加，通常达到每分钟几万转，在实际应用中需要设置减速装置、密封装置、冷却装置等辅助系统，故对小功率量级向心透平膨胀机的研究大多停留在理论层面。因此，设计一种高效稳定、结构简单紧凑、辅助系统少且具有实际工程应用前景的透平膨胀发电一体机来进行内燃机余热回收十分必要。

发明内容

为克服上述至少一种技术问题，本发明的实施例提供了一种透平膨胀发电一体机，透平膨胀机与发电机一体设置，并在机体表面设置有冷却结构，无需再设置冷却装置，简化配套设备，减小了ORC系统的占用空间。

本发明提供一种透平膨胀发电一体机，包括：向心涡轮，适用于对导入所述向心涡轮的工质气体膨胀做功，包括；进气蜗壳，被构造成环形，设置有适用于导入工质气体的进气口、出气口；导叶，设置于所述进气蜗壳的出气口处，对工质气体膨胀做功；以及叶轮，设置于所述进气蜗壳的环形的中心，能够在膨胀做功后的工质气体的推动下旋转；主轴，一端贯穿设置于所述叶轮的中心，并与所述叶轮固定连接；发电机构，设置于所述主轴远离所述叶轮的一端，所述主轴处于所述发电机构的部分作为电机转子，包括：发电机壳体，与所述进气蜗壳连接，所述发电机壳体的表面设置有导通工质气体的冷却结构；以及电机定子，环绕的设置于发电机壳体与主轴之间；以及工质气体供应系统，分别与所述向心涡轮和发电机壳体连通，以向所述向心涡轮和发电机壳体输送工质气体。

在一种可能实施的方式中，所述冷却结构包括：连续流道，设置于所述发电机壳体的表面；接头，设置于所述连续流道的两端，与所述工质气体供应系统连通。

在一种可能实施的方式中，所述连续流道包括：连续凹槽，设置于所述发电机壳体的表面；以及密封件，设置于所述连续凹槽的敞开一端，使得连续凹槽与密封件配合形成密闭空间，所述密闭空间内导通用于冷却的工质气体。

在一种可能实施的方式中，所述冷却结构为环绕设置在所述发电机壳体的表面的金属管，所述金属管内导通用于冷却的工质气体。

在本发明的一种实施例中，所述发电机壳体的表面环绕的设有环形槽，所述金属管环绕的设置于所述环形槽内。

在一种可能实施的方式中，所述的透平膨胀发电一体机，还包括：收集腔，设置于所述发电机构远离向心涡轮的一端，适用于收集由向心涡轮泄漏出的工质气体，所述收集腔远离所述发电机构的一端设置有排气孔，所述排气孔与所述工质气体供应系统连接。