一种有机朗肯循环发电系统技术方案

根据本发明专利技术的有机朗肯循环发电系统，包括蒸发器、球形滚珠膨胀机、冷凝器、工质泵、发电机。球形滚珠膨胀机包括同心设置的球体、球壳以及两个滚珠，球体的外表面设有球体T形凸环和球体矩形凸环交替连接组成的整体球体凸环，球壳的内表面设有一条内凹的球壳T形凹环和一条内凹的球壳环槽，球壳上分别开设有连通外部与球壳环槽的进气通道和排气通道，球壳T形凹环与球体凸环相嵌在一起，球体T形凸环经过进气通道时,阻断进气通道连通外部与球壳环槽，球体矩形凸环经过进气通道时,使得进气通道连通外部与球壳环槽。本发明专利技术中的球形滚珠膨胀机通过采用球体凸环来实现进气阀的功能，节省了进气阀，降低了制造成本，具有整机结构紧凑的优点。

An Organic Rankine Cycle Power Generation System

According to the invention, the organic Rankine cycle power generation system comprises an evaporator, a spherical ball expander, a condenser, a working fluid pump and a generator. The spherical ball expander consists of a concentric sphere, a spherical shell and two balls. The outer surface of the sphere is provided with an integral spherical convex ring composed of a spherical T-shaped convex ring and a spherical rectangular convex ring alternately connected. The inner surface of the spherical shell is provided with an inner concave spherical shell T-shaped concave ring and an inner concave spherical shell annular groove. The air inlet and exhaust passages connecting the outer and the spherical shell annular Gro The spherical shell T-shaped concave ring is embedded with the spherical convex ring. When the spherical shell T-shaped convex ring passes through the intake passage, the intake passage is blocked to connect the outer part with the spherical shell ring slot. When the spherical rectangular convex ring passes through the intake passage, the intake passage is connected with the outer part of the spherical shell ring slot. The spherical ball expander in the invention realizes the function of the intake valve by adopting a spherical convex ring, saves the intake valve, reduces the manufacturing cost, and has the advantages of compact structure of the whole machine.

【技术实现步骤摘要】
一种有机朗肯循环发电系统
本专利技术属于低温余热利用
，具体涉及一种有机朗肯循环发电系统。
技术介绍
有机朗肯循环采用低沸点有机工质，将工业余热、地热、太阳能和生物质能等中低温余热转化为高品位的电能，在中低温余热利用方面有巨大的应用潜力。目前对于有机朗肯循环的研究集中在有机工质的研究、有机朗肯循环的优化以及有机朗肯循环用膨胀机的研发等方面。膨胀机是有机朗肯循环的关键部件，对其系统性能有重要影响。结构上，膨胀机可分为两类：一类为向心透平式、轴流透平式等速度型膨胀机另一类为涡旋式、活塞式、螺杆式、旋片式等容积型膨胀机。速度型膨胀机是通过工质速度的变化来传递能量，常见于高转速和大流量的场所；容积型膨胀机则是通过工质体积变化引起压力变化，实现能量转化。利用有机朗肯循环系统回收低品位能的功率输出大概在1-50kW的范围内，一般采用容积型膨胀机。现有的膨胀机大多成本高、体积大而且由于结构设计不完善，导致应用在中低温热源的条件下，效率偏低。目前国内仍缺乏适合应用在有机朗肯循环系统的高效率膨胀机，这方面的研究仍然停留在理论和实验阶段，未能进行大规模的商业生产。因此，开发新型的适用于有机朗肯循环系统的高效膨胀机具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，目的之一是提供了运用球形滚珠膨胀机的有机朗肯循环中低温地热发电系统。本专利技术提供了一种有机朗肯循环发电系统，具有这样的特征，包括蒸发器，用于收集地下水的余热；以及通过管路顺次连通的具有输出轴的球形滚珠膨胀机、冷凝器、工质泵，发电机具有旋转轴，与输出轴连接，旋转轴由球形滚珠膨胀机带动旋转而发电，其中，球形滚珠膨胀机具有：同心的球体、球壳以及两个滚珠，球体的外径略小于球壳的内径，球体可以在球壳内转动，球体的外表面设有一条凸起的球体凸环和两条内凹的球体弧槽，球体凸环由两个球体T形凸环和两个球体矩形凸环交替连接组成整体凸环，两条球体弧槽对称地设置在球体的两端，分别与球体T形凸环呈90°夹角相交，球体T形凸环在两个相交处各开有一凸环缺口，球体弧槽的横截面为半圆形，球壳的内表面设有一条内凹的球壳T形凹环和一条内凹的球壳环槽，球壳环槽与球壳T形凹环以40°-50°夹角相交，形成两个球壳环槽和球壳T形凹环之间相通的球壳槽交汇处，球壳环槽的横截面与球体弧槽的横截面形状与尺寸均相同，在球体上设有两根球体轴，球体轴与球体T形凸环垂直，球体绕球体轴旋转，在球壳上设有轴孔，轴孔的轴线与球壳T形凹环垂直，球体轴穿过轴孔与发电机连接，球体弧槽和球壳环槽之间有两个弧环槽交汇处，每个弧环槽交汇处均设有一个滚珠，滚珠的半径与球体弧槽的横截面半径一致，位于球壳槽交汇处的两侧的球壳上分别开设有进气通道和排气通道，排气通道连通外部与球壳环槽，进气通道连通外部与球壳环槽且与球壳T形凹环相连通，球壳T形凹环与球体凸环相嵌在一起，球体T形凸环经过进气通道时,阻断进气通道连通外部与球壳环槽，球体矩形凸环经过进气通道时,使得进气通道连通外部与球壳环槽。在本专利技术提供的有机朗肯循环发电系统中，还可以具有这样的特征：其中，凸环缺口与T形突出部分交替分布，球壳T形凹环的横截面的尺寸与T形凸环的横截面的尺寸相同。另外，在本专利技术提供的有机朗肯循环发电系统中，还可以具有这样的特征：其中，球壳环槽与球壳T形凹环之间的夹角为45°。另外，在本专利技术提供的有机朗肯循环发电系统中，还可以具有这样的特征：其中，凸环缺口的宽度大于球体弧槽的半圆形横截面的直径。另外，在本专利技术提供的有机朗肯循环发电系统中，还可以具有这样的特征：其中，球壳由两个关于球壳T形凹环中心对称的部件对接构成。另外，在本专利技术提供的有机朗肯循环发电系统中，还可以具有这样的特征：其中，球体弧槽的底部设置有一条细槽。另外，在本专利技术提供的有机朗肯循环发电系统中，还可以具有这样的特征：其中，球体凸环由两个球体T形凸环和两个球体矩形凸环交替连接组成整体凸环，球体T形凸环和球体矩形凸环对应于球心的弧度均为90°。专利技术的作用与效果根据本专利技术所涉及的有机朗肯循环发电系统，因为使用球形滚珠膨胀机带动发电机发电，球形滚珠膨胀机中的球壳T形凹环与球体凸环相嵌在一起时，当球体T形凸环经过进气通道时，球体T形凸环阻断了进气通道连通外部与球壳环槽，当球体矩形凸环经过进气通道时，进气通道此时连通外部与球壳环槽。所以，本专利技术有机朗肯循环发电系统中的球形滚珠膨胀机通过采用球体凸环来实现进气阀的功能，不但节省了进气阀的设置，降低了制造成本，而且具有整机零件数量少、余隙容积小、结构紧凑、摩擦损耗小、运动平衡性好等优点，使其更适用于有机朗肯循环系统中。附图说明图1是本专利技术的实施例中有机朗肯循环发电系统原理示意图；图2是本专利技术的实施例中球体的正视示意图；图3是图1所示球体的侧视示意图；图4是图1所示球体的三维示意图；图5是本专利技术的实施例中球壳的正面剖视示意图；图6是图5所示球壳的B-B位置侧面剖视示意图；图7是图5所示球壳的三维示意图；图8是图5所示球壳内三维示意图；图9是本专利技术的实施例中球形滚珠膨胀机的的正面剖视示意图；图10是图9的C-C位置的剖视示意图；图11是图10的四分之一放大示意图；图12是本专利技术新型球形滚珠膨胀机的三维示意图；图13是本专利技术球形滚珠膨胀机的进气过程示意图；图14是本专利技术球形滚珠膨胀机的进气结束阶段的示意图；图15是球体从图14位置继续转动的示意图；图16是滚珠处于球壳槽交汇处的位置的示意图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、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专利技术的球形滚珠膨胀机作具体阐述。实施例如图1所示，有机朗肯循环发电系统，包括发电机200、球形滚珠膨胀机100、冷凝器20、工质泵30、蒸发器40、第一水泵50以及第二水泵51。蒸发器40，用于收集地下水的余热。球形滚珠膨胀机100具有输出轴。球形滚珠膨胀机100、冷凝器20、工质泵30、蒸发器40通过管路顺次连通。发电机200具有旋转轴，与球形滚珠膨胀机100的输出轴连接，旋转轴由球形滚珠膨胀机100带动旋转而发电。第一水泵50与冷凝器20相连通，用于冷却水的循环。第二水泵51与蒸发器40相连通，用于地下水的引入和循环。如图2-16所示，球形滚珠膨胀机100包括球体轴1、球体2、球体弧槽3、T形凸环4、矩形凸环5、轴孔6、球壳7、球壳T形凹环8、球壳环槽9、进气口10、滚珠11、凸环缺口12、球壳槽交汇处13、排气口14。球体2与球壳7同心，球体2的外径略小于球壳7的内径使球体2可以在球壳7内转动。如图2-图4所示，球体2的外表面设有两条对称的球体弧槽3和与球体弧槽3垂直相交的球体凸环，球体凸环为两个球体T形凸环4与两个球体矩形凸环5形状交替的整体凸环。球体T形凸环4对应于球心的弧度为60-130°，球体矩形凸环5对应于球心的弧度为50-90°，实施例中，球体T形凸环4对应于球心的弧度为90°，球体矩形凸环5对应于球心的弧度为90°。球体弧槽3的横截面为半圆形。球体T形凸环4与两个球体弧槽3相交处各开有一凸环缺口12，凸环缺口12与T形突出部分交替分布。如图5-图8所示，球壳7的内表面设有一条与膨胀机球体凸环配合的360°的球壳T形凹环8和一条360°的球壳环槽9，球壳T形凹环8与球壳环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机朗肯循环发电系统，利用地下水的余热回收进行发电，其特征在于，包括：蒸发器，用于收集所述地下水的余热；以及通过管路顺次连通的具有输出轴的球形滚珠膨胀机、冷凝器、工质泵，发电机，具有旋转轴，与所述输出轴连接，所述旋转轴由所述球形滚珠膨胀机带动旋转而发电，其中，所述球形滚珠膨胀机具有：同心的球体、球壳以及两个滚珠，所述球体的外径略小于所述球壳的内径，所述球体可以在球壳内转动，所述球体的外表面设有一条凸起的球体凸环和两条内凹的球体弧槽，所述球体凸环由两个球体T形凸环和两个球体矩形凸环交替连接组成整体凸环，所述两条球体弧槽对称地设置在所述球体的两端，分别与所述球体T形凸环呈90°夹角相交，所述球体T形凸环在两个相交处各开有一凸环缺口，所述球体弧槽的横截面为半圆形，所述球壳的内表面设有一条内凹的球壳T形凹环和一条内凹的球壳环槽，所述球壳环槽与所述球壳T形凹环以40°‑50°夹角相交，形成两个球壳环槽和球壳T形凹环之间相通的球壳槽交汇处，所述球壳环槽的横截面与所述球体弧槽的横截面形状与尺寸均相同，在所述球体上设有两根球体轴，所述球体轴与所述球体T形凸环垂直，球体绕所述球体轴旋转，在所述球壳上设有轴孔，所述轴孔的轴线与所述球壳T形凹环垂直，所述球体轴穿过所述轴孔与所述发电机连接，所述球体弧槽和球壳环槽之间有两个弧环槽交汇处，每个所述弧环槽交汇处均设有一个滚珠，所述滚珠的半径与所述球体弧槽的横截面半径一致，位于所述球壳槽交汇处的两侧的所述球壳上分别开设有进气通道和排气通道，所述排气通道连通外部与所述球壳环槽，所述进气通道连通外部与所述球壳环槽且与所述球壳T形凹环相连通，所述球壳T形凹环与所述球体凸环相嵌在一起，所述球体T形凸环经过所述进气通道时,阻断所述进气通道连通外部与所述球壳环槽，所述球体矩形凸环经过所述进气通道时,使得所述进气通道连通外部与所述球壳环槽。...

【技术特征摘要】
1.一种有机朗肯循环发电系统，利用地下水的余热回收进行发电，其特征在于，包括：蒸发器，用于收集所述地下水的余热；以及通过管路顺次连通的具有输出轴的球形滚珠膨胀机、冷凝器、工质泵，发电机，具有旋转轴，与所述输出轴连接，所述旋转轴由所述球形滚珠膨胀机带动旋转而发电，其中，所述球形滚珠膨胀机具有：同心的球体、球壳以及两个滚珠，所述球体的外径略小于所述球壳的内径，所述球体可以在球壳内转动，所述球体的外表面设有一条凸起的球体凸环和两条内凹的球体弧槽，所述球体凸环由两个球体T形凸环和两个球体矩形凸环交替连接组成整体凸环，所述两条球体弧槽对称地设置在所述球体的两端，分别与所述球体T形凸环呈90°夹角相交，所述球体T形凸环在两个相交处各开有一凸环缺口，所述球体弧槽的横截面为半圆形，所述球壳的内表面设有一条内凹的球壳T形凹环和一条内凹的球壳环槽，所述球壳环槽与所述球壳T形凹环以40°-50°夹角相交，形成两个球壳环槽和球壳T形凹环之间相通的球壳槽交汇处，所述球壳环槽的横截面与所述球体弧槽的横截面形状与尺寸均相同，在所述球体上设有两根球体轴，所述球体轴与所述球体T形凸环垂直，球体绕所述球体轴旋转，在所述球壳上设有轴孔，所述轴孔的轴线与所述球壳T形凹环垂直，所述球体轴穿过所述轴孔与所述发电机连接，所述球体弧槽和球壳环槽之间有两个弧环槽交汇处，每个所述弧环槽交汇处均设有一个滚珠，所述滚珠的半径与所述球...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳新萍，白桦，夏荣鑫，侯庆亚，赵加普，李思思，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31