CN102108878A - 转子流体发电机及发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种滚动活塞转子发电机，以设置在一个缸体内的滚动活塞以偏心轴为转轴进行偏心转动，转动活塞与缸体内部相切，滑动器件将其分割成为至少两个腔室，流体在不同的腔室内膨胀做工，将流体的运动能量进行膨胀做工，将运动能量转换为机械能，偏心转轴与发电机转子连接，再通过发电机的定子与转子的运动将机械能转换为电能。本发明的另一个目的是提供一种将流体运动能量转换为电能的方法。本发明适合于1w-50kw的发电装置，特别是适合于100w-3000w的发电，其工作介质可以采用各种制冷剂以及水，即可以采用液体、气体、超临界体等离子体等多种工作介质，其能源可以采用太阳能、地热、余热、余压等各种形式的能源及动力。

Description

转子流体发电机及发电方法

技术领域

本发明涉及发电设备，可以采用液体或气体等工作介质进行发电的设备，特别是采用滚动活塞转子进行发电的设备及方法。

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，没有小型化适合于的机组。

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，工作介质也必须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。

现有滚动活塞转子主要是应用于压缩机领域，不能实现直接的发电。

发明内容

本发明的目的是提供一种滚动活塞转子发电机，以设置在一个缸体内的滚动活塞以偏心轴为转轴进行偏心转动，转动活塞与缸体内部相切，滑动器件将其分割成为至少两个腔室，流体在不同的腔室内膨胀做工，将流体的运动能量进行膨胀做工，将运动能量转换为机械能，偏心转轴与发电机转子连接，再通过发电机的定子与转子的运动将机械能转换为电能。流体为液体、气体、超临界、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，以设置在一个缸体内的滚动活塞以偏心轴为转轴进行偏心转动，转动活塞与缸体内部相切，滑动器件将其分割成为至少两个腔室，流体在不同的腔室内膨胀做工，将流体的运动能量进行膨胀做工，将运动能量转换为机械能，偏心转轴与发电机转子连接，再通过发电机的定子与转子的运动将机械能转换为电能。

本发明适合于1w-50kw的发电装置，特别是适合于100w-3000w的发电，其工作介质可以采用各种制冷剂以及水，即可以采用液体、气体、超临界体等离子体等多种工作介质，其能源可以采用太阳能、地热、余热、余压等各种形式的能源及动力。

具体发明内容如下：

转子流体发电机，由发电机转子、定子、活塞转子、滑件、缸体等组成，其特征是：

至少含有一个活塞转子和一个缸体，活塞转子设置在缸体内，活塞转子上设置有转轴，转轴与缸体连接，活塞转子可以以转轴为圆心进行转动，滚动活塞的外表面与缸体的内表面的至少一部分相切；

在活塞转子或缸体上设置有滑件，滑件可以将缸体内壁与活塞转子的外部组成的腔体分割成为至少两个腔室；

在缸体上设置有至少一个流体进口以及至少一个流体出口；

流体经流体进口进入缸体内，经过至少两个滚动活塞、缸体、滑件组成的腔体内进行膨胀做工，将流体的运动能量通过在腔体内的膨胀转换为机械能，流体膨胀驱动滚动活塞进行转动，发电机转子与滚动活塞的转轴连接，从而带动发电机转子进行转动，发电机转子与发电机定子相互运动，从而实现利用流体进行发电。

缸体的内壁的形状为圆形、偏圆形、椭圆形、扇形、圆弧形；滚动转子的外壁形状为圆心、椭圆形、三角形、圆弧形。

缸体与转动活塞组合成为下列一种结构：

A、缸体及滚动转子为圆形，滚动转子的外径小于缸体的内径，在滚动转子设置一个偏心转轴，滚动转子可以以偏心转轴为圆心进行转动，在滚动转子进行转动同时保持滚动转子的外壁与缸体的内壁进行相切，在缸体上设置有滑件，滑件上设置有弹簧，滑件将滚动转子与缸体的腔体分割成为两个腔体。

B、缸体及滚动转子为圆形，滚动转子的外径小于缸体的内径，在滚动转子设置一个偏心转轴，滚动转子可以以偏心转轴为圆心进行转动，在滚动转子进行转动同时保持滚动转子的外壁与缸体的内壁进行相切，在滚动转子上开有若干纵向凹槽(滑片槽)，在每个凹槽中都装有能沿径向自由活动的滑件，转子旋转时，滑件受离心力的作用从槽中甩出，其端部紧贴在气缸内表面上，把月牙形的空间隔成若干扇形工作基元；

C、缸体为偏圆形滚动转子为圆形，圆形滚动转子同心安装在扁圆形气缸内，形成两个月牙形工作腔，滚动转子上开有若干槽，滑件置于其中并能来回滑动，当滚动转子转动时，由于离心力的作用，滑片被甩出，紧贴在气缸内表面上，形成压缩机的工作基元；

D、缸体及滚动转子为圆形，滚动转子的外径小于缸体的内径，圆形滚动转子同心安装在圆形气缸内，在滚动转子进行转动同时保持滚动转子的外壁与缸体的至少一部分内壁进行相切，在转子上设置有的贯通滚动转子的滑片槽，整体滑片放在通槽中，滑片两端与气缸保持接触，转子转动时，带动滑片运动，其两端始终沿气缸内壁滑动。

E、缸体为圆形，滚动转子为三角形，滚动转子的外径小于缸体的内径，滚动转子同心安装在圆形气缸内，在滚动转子进行转动同时保持滚动转子的外壁与缸体的至少一部分内壁进行相切。

滑件设置在缸体或滚动转子的槽内，滑件可以根据设置在其上的弹簧的压力和/或滚动转子的转动进行滑动，将滚动转子及缸体组成的腔室分割成为多个腔室。

为了协调驱动机构和发电机转速的调节，还设置有变速齿轮箱，通过变速齿轮箱将驱动机构和转子之间进行连接。

还设置有壳体，将缸体、驱动机构或者缸体、驱动机构、定子、转子进行封闭，采用真空密闭、密封、封闭腔体、开口腔体的一种进行封闭。

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。

包括有一种流体，流体经由壳体的入口，经做功腔体膨胀后从出口流出，流体选择自下列至少一种或其混合物：

A、液体；

B、气体；

C、超临界流体；

D、等离子体。

一种将流体运动能量转换为电能的方法：

至少含有一个活塞转子和一个缸体，活塞转子设置在缸体内，活塞转子上设置有转轴，转轴与缸体连接，活塞转子可以以转轴为圆心进行转动，滚动活塞的外表面与缸体的内表面的至少一部分相切；

在活塞转子或缸体上设置有滑件，滑件可以将缸体内壁与活塞转子的外部组成的腔体分割成为至少两个腔室；

在缸体上设置有至少一个流体进口以及至少一个流体出口；

流体经流体进口进入缸体内，经过至少两个滚动活塞、缸体、滑件组成的腔体内进行膨胀做工，将流体的运动能量通过在腔体内的膨胀转换为机械能，流体膨胀驱动滚动活塞进行转动，发电机转子与滚动活塞的转轴连接，从而带动发电机转子进行转动，发电机转子与发电机定子相互运动，从而实现利用流体进行发电。

流体选择自下列至少一种或其混合物：

A、液体；

B、气体；

C、超临界流体；

D、等离子体。

有益的效果：

1、采用本发明的结构和方法进行发电，可以实现多种流体的混合发电，对流体没有限制，扩大了流体的应用和种类，便于利用多种的流体实现发电。

2、本发明可以实现1w-50kw的发电装置，特别是适合于100w-3000w的各种发电；

3、本发明适合于利用太阳能、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，特别是采用有机郎肯循环实现的发电。

4、本发明结构简单，便于在不同的行业和领域使用。

附图说明

附图中标号的具体含义如下：

1：缸体，2：滚动转子，3：进气口阀，4：滑件，5：导向器，6：流体出口，7：流体进口，8：滑件弹簧，9：转轴，10：发电机转子，11：发电机定子，12：滑槽，13：机壳，14：平衡块，15：轴承，16：气液分离器；

图1是偏心转子发电机结构示意图；

图2是贯穿滑件流体转子发电机的结构示意图；

图3是双工作腔滑件转子流体发电机结构示意图；

图4是卧室全封闭转子流体发电机结构主体图；

图5是卧室全封闭转子流体发电机剖视图；

图6是立式转子流体发电机结构剖视图；

图7是立式转子流体发电机结构主体图。

具体实施方式

实施例一：偏心转子发电机结构示意图

如图1所示，缸体1及滚动转子2为圆形，滚动转子2的外径小于缸体1的内径，并将滚动转子2设置在缸体1的内部，在滚动转子2上设置一个转轴9，该转轴为偏心转轴，滚动转子2可以以偏心转轴9为圆心进行转动，在滚动转子进行转动同时保持滚动转子的外壁与缸体的内壁的至少一部分进行相切，在缸体上设置有滑件4，滑件4上设置有弹簧9，滑件4将滚动转子与缸体的腔体分割成为两个腔体，在缸体上设置有流体进口7和流体出口6，流体经流体进口进入后开始经过多个由滚动转子、滑件4、缸体内壁组成的腔体进行不断膨胀做工，实现将流体转换为机械能，发电机转子10与偏心转轴连接，偏心转轴驱动发电机转子进行旋转，发电机转子10与定子相互运动，实现将机械能转换为电能。

实施例二：贯穿滑件流体转子发电机的结构示意图

如图1所示，缸体1及滚动转子2为圆形，滚动转子2的外径小于缸体1的内径，并将滚动转子2设置在缸体1的内部，在滚动转子2上设置一个转轴9，滚动转子2以转轴9为圆心进行转动，在滚动转子2进行转动同时保持滚动转子的外壁与缸体的内壁的至少一部分进行相切，在缸体上设置有两个贯穿于滚动转子2的滑槽，在滑槽上设置有两个滑件4，滑件4将滚动转子与缸体的腔体分割成为四个腔体，在缸体上设置有流体进口7和流体出口6，流体经流体进口进入后开始经过多个由滚动转子、缸体内壁、滑件组成的腔体进行不断膨胀做工，实现将流体转换为机械能，发电机转子10与转轴9连接，转轴9驱动发电机转子10进行旋转，发电机转子10与定子相互运动，实现将机械能转换为电能。

实施例三：双工作腔滑件流体转子发电机

如图3所示，缸体1为偏圆形，滚动转子2为圆形，滚动转子2的外径小于缸体1的内径，并将滚动转子2设置在缸体1的内部，在滚动转子2上设置一个转轴9，滚动转子2以转轴9为圆心进行转动，在滚动转子2进行转动同时保持滚动转子的外壁与缸体的内壁的至少一部分进行相切，在缸体上设置有5个滑槽，在滑槽上设置有5个滑件4，滑件4将滚动转子与缸体的腔体分割成为5个腔体，在缸体上设置有流体进口7和流体出口6，流体经流体进口进入后开始经过多个由滚动转子、缸体内壁、滑件组成的腔体进行不断膨胀做工，实现将流体转换为机械能，发电机转子10与转轴9连接，转轴9驱动发电机转子10进行旋转，发电机转子10与定子相互运动，实现将机械能转换为电能。

实施例四：卧室全封闭转子流体发电机

如图4、5所示，本例中图4为卧室全封闭转子流体发电机主视图，图5为卧室全封闭转子流体发电机的剖视图，缸体1及滚动转子2为圆形，滚动转子2的外径小于缸体1的内径，并将滚动转子2设置在缸体1的内部，在滚动转子2上设置一个转轴9，该转轴为偏心转轴，滚动转子2可以以偏心转轴9为圆心进行转动，在滚动转子进行转动同时保持滚动转子的外壁与缸体的内壁的至少一部分进行相切，在缸体上设置有滑件4，滑件4上设置有弹簧9，滑件4将滚动转子与缸体的腔体分割成为两个腔体，在缸体上设置有流体进口7和流体出口6，流体经流体进口进入后开始经过2个由滚动转子、滑件4、缸体内壁组成的腔体进行不断膨胀做工，实现将流体转换为机械能，发电机转子10与偏心转轴连接，偏心转轴驱动发电机转子进行旋转，发电机转子10与定子11相互运动，实现将机械能转换为电能。

实施例五：立式转子流体发电机

如图6、7所示，本例中图7立式转子流体发电机为立式的发电机主视图，图6立式转子流体发电机为立式的发电机剖视图，缸体1及滚动转子2为圆形，滚动转子2的外径小于缸体1的内径，并将滚动转子2设置在缸体1的内部，在滚动转子2上设置一个转轴9，该转轴为偏心转轴，滚动转子2可以以偏心转轴9为圆心进行转动，在滚动转子进行转动同时保持滚动转子的外壁与缸体的内壁的至少一部分进行相切，在缸体上设置有滑件4，滑件4上设置有弹簧9，滑件4将滚动转子与缸体的腔体分割成为两个腔体，在缸体上设置有流体进口7和流体出口6，流体经流体进口进入后开始经过2个由滚动转子、滑件4、缸体内壁组成的腔体进行不断膨胀做工，实现将流体转换为机械能，发电机转子10与偏心转轴连接，偏心转轴驱动发电机转子进行旋转，发电机转子10与定子11相互运动，实现将机械能转换为电能。

上述各实施例中，都可以采用水或各种制冷剂为工作介质，适合于1w-50kw的发电装置，特别是适合于100w-3000w的发电，工作介质可以采用各种制冷剂以及水，即可以采用液体、气体、超临界体、等离子体等多种工作介质，其能源可以采用太阳能、地热、余热、余压等各种形式的能源及动力。

Claims (10)

1.转子流体发电机，由发电机转子、定子、活塞转子、滑件、缸体等组成，其特征是：

至少含有一个活塞转子和一个缸体，活塞转子设置在缸体内，活塞转子上设置有转轴，转轴与缸体连接，活塞转子可以以转轴为圆心进行转动，滚动活塞的外表面与缸体的内表面的至少一部分相切；

在活塞转子或缸体上设置有滑件，滑件可以将缸体内壁与活塞转子的外部组成的腔体分割成为至少两个腔室；

在缸体上设置有至少一个流体进口以及至少一个流体出口；

流体经流体进口进入缸体内，经过至少两个滚动活塞、缸体、滑件组成的腔体内进行膨胀做工，将流体的运动能量通过在腔体内的膨胀转换为机械能，流体膨胀驱动滚动活塞进行转动，发电机转子与滚动活塞的转轴连接，从而带动发电机转子进行转动，发电机转子与发电机定子相互运动，从而实现利用流体进行发电。

2.根据权利要求1所述的转子流体发电机，其特征是：缸体的内壁的形状为圆形、偏圆形、椭圆形、扇形、圆弧形；滚动转子的外壁形状为圆心、椭圆形、三角形、圆弧形。

3.根据权利要求1、2所述的转子流体发电机，其特征是：缸体与转动活塞组合成为下列一种结构：

A、缸体及滚动转子为圆形，滚动转子的外径小于缸体的内径，在滚动转子设置一个偏心转轴，滚动转子可以以偏心转轴为圆心进行转动，在滚动转子进行转动同时保持滚动转子的外壁与缸体的内壁进行相切，在缸体上设置有滑件，滑件上设置有弹簧，滑件将滚动转子与缸体的腔体分割成为两个腔体。

B、缸体及滚动转子为圆形，滚动转子的外径小于缸体的内径，在滚动转子设置一个偏心转轴，滚动转子可以以偏心转轴为圆心进行转动，在滚动转子进行转动同时保持滚动转子的外壁与缸体的内壁进行相切，在滚动转子上开有若干纵向凹槽(滑片槽)，在每个凹槽中都装有能沿径向自由活动的滑件，转子旋转时，滑件受离心力的作用从槽中甩出，其端部紧贴在气缸内表面上，把月牙形的空间隔成若干扇形工作基元；

C、缸体为偏圆形滚动转子为圆形，圆形滚动转子同心安装在扁圆形气缸内，形成两个月牙形工作腔，滚动转子上开有若干槽，滑件置于其中并能来回滑动，当滚动转子转动时，由于离心力的作用，滑片被甩出，紧贴在气缸内表面上，形成压缩机的工作基元；

D、缸体及滚动转子为圆形，滚动转子的外径小于缸体的内径，圆形滚动转子同心安装在圆形气缸内，在滚动转子进行转动同时保持滚动转子的外壁与缸体的至少一部分内壁进行相切，在转子上设置有的贯通滚动转子的滑片槽，整体滑片放在通槽中，滑片两端与气缸保持接触，转子转动时，带动滑片运动，其两端始终沿气缸内壁滑动。

E、缸体为圆形，滚动转子为三角形，滚动转子的外径小于缸体的内径，滚动转子同心安装在圆形气缸内，在滚动转子进行转动同时保持滚动转子的外壁与缸体的至少一部分内壁进行相切。

4.根据权利要求1所述的转子流体发电机，其特征是：滑件设置在缸体或滚动转子的槽内，滑件可以根据设置在其上的弹簧的压力和/或滚动转子的转动进行滑动，将滚动转子及缸体组成的腔室分割成为多个腔室。

5.根据权利要求1所述的转子流体发电机，其特征是：为了协调驱动机构和发电机转速的调节，还设置有变速齿轮箱，通过变速齿轮箱将驱动机构和转子之间进行连接。

6.根据权利要求1所述的转子流体发电机，其特征是：还设置有壳体，将缸体、驱动机构或者缸体、驱动机构、定子、转子进行封闭，采用真空密闭、密封、封闭腔体、开口腔体的一种进行封闭。

7.根据权利要求1所述的转子流体发电机，其特征是：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。

8.根据权利要求1所述的转子流体发电机，其特征是：包括有一种流体，流体经由壳体的入口，经做功腔体膨胀后从出口流出，流体选择自下列至少一种或其混合物：

A、液体；

B、气体；

C、超临界流体；

D、等离子体。

9.一种将流体运动能量转换为电能的方法，其特征是：

至少含有一个活塞转子和一个缸体，活塞转子设置在缸体内，活塞转子上设置有转轴，转轴与缸体连接，活塞转子可以以转轴为圆心进行转动，滚动活塞的外表面与缸体的内表面的至少一部分相切；

在活塞转子或缸体上设置有滑件，滑件可以将缸体内壁与活塞转子的外部组成的腔体分割成为至少两个腔室；

在缸体上设置有至少一个流体进口以及至少一个流体出口；

流体经流体进口进入缸体内，经过至少两个滚动活塞、缸体、滑件组成的腔体内进行膨胀做工，将流体的运动能量通过在腔体内的膨胀转换为机械能，流体膨胀驱动滚动活塞进行转动，发电机转子与滚动活塞的转轴连接，从而带动发电机转子进行转动，发电机转子与发电机定子相互运动，从而实现利用流体进行发电。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征是：流体选择自下列至少一种或其混合物：

A、液体；

B、气体；

C、超临界流体；

D、等离子体。

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