專利名稱：一種熱管飛輪式汽輪機發(fā)電儲能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及發(fā)電技術(shù)及能源儲存領(lǐng)域，特指一種將熱管與汽輪機工作原理相 結(jié)合進行發(fā)電，并利用飛輪儲能原理儲存電能的熱管飛輪式汽輪機發(fā)電儲能裝置。
背景技術(shù)：
能源危機的影響已經(jīng)滲透到社會生活的各個方面，提高能源利用效率是人類緩解 能源危機的必要措施。電能是當今世界能源消費的主要形式，開辟新的電能轉(zhuǎn)換方法，提高 電能生產(chǎn)、儲存和利用效率是亟待解決的重要問題。熱管具有良好的導(dǎo)熱特性，利用熱管原理制造發(fā)電機可以提高熱電轉(zhuǎn)化效率。專 利200620134555公開了一種熱管式發(fā)電機。其技術(shù)方案主要是在熱管內(nèi)設(shè)有一扇葉，該扇 葉周緣環(huán)設(shè)有磁鐵轉(zhuǎn)子，且該磁鐵轉(zhuǎn)子相對于熱管外部設(shè)有發(fā)電線圈。當熱管內(nèi)工作液體 受熱蒸發(fā)形成蒸汽推動扇葉連同磁鐵轉(zhuǎn)子進行旋轉(zhuǎn)時，能使熱管外部的發(fā)電線圈產(chǎn)生感應(yīng) 電流，成為熱管發(fā)電機。但是，這種發(fā)電機受熱源強度變化的影響會使電流出現(xiàn)波動，而且 蒸汽動能經(jīng)過單級葉扇轉(zhuǎn)化傳遞，能量利用率低，并且當熱源消失后其輸出電流也迅速衰 減，沒有足夠的儲能能力。飛輪儲能是近年來迅速發(fā)展起來的一種新的技術(shù)，由于具有無污染，儲能密度高， 使用壽命長，充電速度快，能量轉(zhuǎn)換率高等諸多優(yōu)點，人們正在積極開發(fā)替代傳統(tǒng)化學電池 的飛輪電池。目前，飛輪電池已經(jīng)開始在UPS不間斷電源，航天器用高容量電池等領(lǐng)域獲得 成功應(yīng)用，用于電動汽車的飛輪電池也已試驗成功，一旦性能價格比問題得到進一步解決， 便有望進入到大規(guī)模應(yīng)用的時代。有關(guān)飛輪電池的專利技術(shù)較多，如200310118907公開了 一種懸浮飛輪電池。但是，目前有關(guān)飛輪電池的發(fā)明大都集中在電能儲存方面，很少有將發(fā) 電過程中其他形式的能直接轉(zhuǎn)化成飛輪動能進行蓄能，在負載需要時利用飛輪電池發(fā)電供 能的實用新型。另外，在能源利用的經(jīng)典理論中，也主張著“能量品位”的等級觀念。特別是對于 熱能而言，“能量貶值”和“低品位化”的現(xiàn)象非常嚴重。所謂低品位熱能是指當前還難以利 用的熱能，如海水熱能、地熱能、太陽光熱能等，而高品位熱能則是指很容易利用的熱能，如 煤燃燒釋放的熱能等。加強低品位熱能的利用是人們開發(fā)利用好新能源，提高能源轉(zhuǎn)換效 率必須要解決的關(guān)鍵問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型旨在提供一種發(fā)電儲能裝置，通過開發(fā)利用低品質(zhì)熱能來提高發(fā)電生 產(chǎn)過程中的電能轉(zhuǎn)換效率，并且可以將熱能直接轉(zhuǎn)換成動能儲存能量，而且該裝置還可以 進行任意數(shù)量的并聯(lián)組合發(fā)電，能有效提高能源利用效率，滿足不同功率的負載要求和不 同場所的應(yīng)用需求。本實用新型的技術(shù)方案是，一種熱管飛輪式汽輪機發(fā)電儲能裝置，主要包括熱管 蒸發(fā)段、蒸汽上升管道、調(diào)節(jié)汽室、調(diào)節(jié)閥門、汽缸、進汽室、發(fā)電機轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子磁鐵、發(fā)電線圈、磁浮軸承、中心軸、汽輪機葉輪、隔板、排汽室、散熱片、熱管冷凝段、液體下降管道，熱管 蒸發(fā)段、蒸汽上升管道、調(diào)節(jié)汽室、汽缸、熱管冷凝段、液體下降管道串接組成熱管，構(gòu)成一 閉合循環(huán)回路，散熱片位于排汽室和熱管冷凝段外側(cè)，調(diào)節(jié)汽室出口處安裝有調(diào)節(jié)閥門，用 來調(diào)節(jié)進入汽缸的熱管工作介質(zhì)蒸汽壓力，保證汽輪機葉輪的啟動速度；隔板即為靜葉片， 固定于汽缸內(nèi)，將汽輪機葉輪隔開，形成汽輪機多級結(jié)構(gòu)；汽輪機葉輪與發(fā)電機轉(zhuǎn)子安裝在 一根中心軸上并與中心軸一起旋轉(zhuǎn)，中心軸一端為發(fā)電機轉(zhuǎn)子，另一端及靠近發(fā)電機轉(zhuǎn)子 處裝有磁浮軸承，發(fā)電機轉(zhuǎn)子上裝有轉(zhuǎn)子磁鐵，中心軸連同汽輪機葉輪、發(fā)電機轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子 磁鐵、磁浮軸承一起安裝在汽缸內(nèi)部，汽輪機葉輪在熱管工作介質(zhì)蒸汽的推動下轉(zhuǎn)動，進而 帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使轉(zhuǎn)子磁鐵和發(fā)電線圈工作發(fā)電，熱管工作介質(zhì)蒸汽做功能量降低， 經(jīng)過熱管冷凝段在散熱片的作用下冷凝，經(jīng)液體下降管道重新回到熱管蒸發(fā)段；當熱管蒸 發(fā)段外部熱源消失或蒸汽壓力不足時，汽輪機葉輪作為儲能飛輪儲存一定量的動能，當負 載需繼續(xù)供電時，汽輪機葉輪釋放動能，通過發(fā)電機結(jié)構(gòu)繼續(xù)對外供電，起到飛輪電池的儲 能作用。汽輪機葉輪兼做儲能飛輪使用，可以使整個裝置結(jié)構(gòu)簡化。本實用新型一種熱管飛輪式汽輪機發(fā)電儲能裝置中調(diào)節(jié)閥門為單向閥，用來控制 調(diào)節(jié)汽室蒸汽壓力，防止進汽室內(nèi)氣體回流。本實用新型一種熱管飛輪式汽輪機發(fā)電儲能裝置中汽輪機葉輪是多級的，也可以 是單級的，以滿足不同傳動效率的要求。本實用新型一種熱管飛輪式汽輪機發(fā)電儲能裝置中汽輪機部分的具體結(jié)構(gòu)可以 是沖動式汽輪機結(jié)構(gòu)，也可以是反動式汽輪機結(jié)構(gòu)，根據(jù)具體工作環(huán)境參數(shù)而定。本實用新型一種熱管飛輪式汽輪機發(fā)電儲能裝置中中心軸一端的發(fā)電機轉(zhuǎn)子可 以是盤式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子磁鐵鑲嵌在其端面；也可以是圓柱式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子磁鐵平行于圓柱軸線鑲 嵌在其外圓柱面上，以滿足不同發(fā)電形式的需求。本實用新型一種熱管飛輪式汽輪機發(fā)電儲能裝置中發(fā)電線圈鑲嵌在發(fā)電機轉(zhuǎn)子 安裝轉(zhuǎn)子磁鐵對應(yīng)部位的汽缸壁內(nèi)，可以避免熱管工作介質(zhì)蒸汽浸入線圈損壞發(fā)電機，保 證發(fā)電機安全運行。本實用新型一種熱管飛輪式汽輪機發(fā)電儲能裝置的發(fā)電儲能方法是在熱管與 汽輪機發(fā)電機串聯(lián)組成的閉合循環(huán)系統(tǒng)中，熱管工作介質(zhì)在熱管蒸發(fā)段受外熱源作用而蒸 發(fā)，通過蒸汽上升管道進入調(diào)節(jié)汽室，在調(diào)節(jié)閥門作用下達到一定壓力后進入進汽室，然后 快速流過汽缸，到達排汽室經(jīng)散熱片后放熱冷凝變成液體，在重力及蒸發(fā)產(chǎn)生的負壓的雙 重作用下經(jīng)液體下降管道流回熱管蒸發(fā)段，重新受熱蒸發(fā)，實現(xiàn)循環(huán)；熱管工作介質(zhì)蒸汽在 快速流過汽缸的過程中推動汽輪機葉輪旋轉(zhuǎn)，帶動同一中心軸上的發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使轉(zhuǎn) 子磁鐵和發(fā)電線圈工作發(fā)電，當熱管外部熱源消失或管內(nèi)蒸汽動力不足時，汽輪機葉輪在 真空環(huán)境下靠慣性力作用繼續(xù)保持高速旋轉(zhuǎn)，儲存一定量的動能，當負載需要繼續(xù)供電時， 儲存的動能通過發(fā)電機結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成電能對負載供電，實現(xiàn)飛輪電池的儲能功能。本實用新型利用熱管對外部熱能的高效吸收特點，將汽輪機和發(fā)電機做成整體安 裝在熱管回路內(nèi)部，可以簡化設(shè)備制造工藝，并能利用低品質(zhì)熱能工作發(fā)電，提高電能轉(zhuǎn)換 效率；中心軸上的發(fā)電機轉(zhuǎn)子和兼做儲能飛輪的汽輪機葉輪既能發(fā)電又可儲能，且具有儲 能密度大、使用壽命長、能量轉(zhuǎn)換率高等優(yōu)勢；此外本實用新型還可以進行多級組合發(fā)電， 組合形式靈活，適用范圍廣闊。
圖1是本實用新型一種熱管飛輪式汽輪機發(fā)電儲能裝置的工作原理圖，發(fā)電機轉(zhuǎn) 子為盤式結(jié)構(gòu)。圖2是本實用新型一種熱管飛輪式汽輪機發(fā)電儲能裝置的另一種結(jié)構(gòu)的工作原 理圖，發(fā)電機轉(zhuǎn)子為圓柱式結(jié)構(gòu)。圖中1-熱管，2-熱管蒸發(fā)段，3-蒸汽上升管道，4-調(diào)節(jié)汽室，5-調(diào)節(jié)閥門，6_進 汽室，7-汽缸，8-發(fā)電機轉(zhuǎn)子，9-轉(zhuǎn)子磁鐵，10-發(fā)電線圈，11-磁浮軸承，12-中心軸，13-汽 輪機葉輪，14-隔板，15-排汽室，16-散熱片，17-熱管冷凝段，18-液體下降管道。
具體實施方式
圖1和圖2是本實用新型的兩個不同發(fā)電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的實施例，外部熱源為低品 位熱能。本實用新型一種熱管飛輪式汽輪機發(fā)電儲能裝置中，熱管1由熱管蒸發(fā)段2、蒸汽 上升管道3、調(diào)節(jié)汽室4、汽缸7、熱管冷凝段17和液體下降管道18組成，構(gòu)成一閉合循環(huán)回 路；調(diào)節(jié)汽室4出口處安裝有調(diào)節(jié)閥門5，調(diào)節(jié)進入進汽室6的蒸汽壓力，中心軸12與汽輪 機葉輪13、發(fā)電機轉(zhuǎn)子8、磁浮軸承11構(gòu)成一個整體安裝在汽缸7內(nèi)部，汽缸7為對開式結(jié) 構(gòu)，便于發(fā)電機轉(zhuǎn)子8、轉(zhuǎn)子磁鐵9、磁浮軸承11、中心軸12、汽輪機葉輪13的裝入，汽輪機 葉輪13、發(fā)電機轉(zhuǎn)子8與中心軸12采用平鍵或花鍵等固定連接，使得汽輪機葉輪13與中 心軸12、發(fā)電機轉(zhuǎn)子8共同旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子磁鐵9固定在發(fā)電機轉(zhuǎn)子8上，發(fā)電線圈10嵌入在 轉(zhuǎn)子磁鐵9對應(yīng)的汽缸7壁內(nèi)，散熱片16分布在汽缸7的排汽室15和熱管冷凝段17外表 面。系統(tǒng)內(nèi)充填一定量的熱管工作介質(zhì)后抽成真空并且密封可靠，外部熱源形式多樣，可以 是工業(yè)余熱，也可以是太陽熱能、地熱能等新能源，還可以是海水熱能。本實用新型一種熱管飛輪式汽輪機發(fā)電儲能裝置的具體發(fā)電儲能方法是熱管蒸 發(fā)段2內(nèi)的熱管工作介質(zhì)吸收外部熱源熱量后蒸發(fā)變成蒸汽，通過蒸汽上升管道3進入調(diào) 節(jié)汽室4，達到一定壓力后然后通過調(diào)節(jié)閥門5進入進汽室6，然后經(jīng)過汽輪機葉輪13、隔板 14后進入排汽室15和熱管冷凝段17，在散熱片16作用下散熱冷凝成液體，匯集到熱管冷 凝段17的底部，在重力及蒸發(fā)產(chǎn)生的負壓的雙重作用下經(jīng)液體下降管道18流回熱管蒸發(fā) 段2，重新吸熱蒸發(fā)，實現(xiàn)循環(huán)；熱管工作介質(zhì)蒸汽在汽缸7內(nèi)快速流動的過程中推動汽輪 機葉輪13旋轉(zhuǎn)，通過中心軸12帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子8共同旋轉(zhuǎn)，使發(fā)電機轉(zhuǎn)子8上面的轉(zhuǎn)子磁 鐵9與發(fā)電線圈10工作發(fā)電；當外熱源消失或者熱管工作介質(zhì)蒸汽動力不足時，系統(tǒng)內(nèi)部 的熱管工作介質(zhì)儲存在熱管蒸發(fā)段2、蒸汽上升管道3、調(diào)節(jié)汽室4、熱管冷凝段16和液體下 降管道1中，汽輪機葉輪13在汽缸7內(nèi)部的真空環(huán)境中靠慣性力作用保持高速旋轉(zhuǎn)，變作 儲能飛輪儲存一定量的動能；當外部負載需要繼續(xù)供電時，用作儲能飛輪的汽輪機葉輪13 釋放動能，通過轉(zhuǎn)子磁鐵9和發(fā)電線圈10對負載供電，起到飛輪電池的能量儲存作用。兼 做儲能飛輪的汽輪機葉輪13的作用一是儲存能量，二是對發(fā)電過程中外部熱源變化進行 調(diào)整。該熱管飛輪式汽輪機發(fā)電儲能裝置可實現(xiàn)在外部熱源作用下邊發(fā)電供應(yīng)使用邊儲存 多余能量，在外部熱源消失后釋放所儲存的能量，繼續(xù)供電的功能，并且可以根據(jù)實際負載 功率需求和具體應(yīng)用環(huán)境進行并聯(lián)組合發(fā)電，形式靈活，適用范圍廣闊。
權(quán)利要求一種熱管飛輪式汽輪機發(fā)電儲能裝置，其特征在于主要包括熱管蒸發(fā)段、蒸汽上升管道、調(diào)節(jié)汽室、調(diào)節(jié)閥門、汽缸、進汽室、發(fā)電機轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子磁鐵、發(fā)電線圈、磁浮軸承、中心軸、汽輪機葉輪、隔板、排汽室、散熱片、熱管冷凝段、液體下降管道，熱管蒸發(fā)段、蒸汽上升管道、調(diào)節(jié)汽室、汽缸、熱管冷凝段、液體下降管道串接組成熱管，散熱片位于排汽室和熱管冷凝段外側(cè)，調(diào)節(jié)汽室出口處安裝有調(diào)節(jié)閥門；隔板固定于汽缸內(nèi)；汽輪機葉輪與發(fā)電機轉(zhuǎn)子安裝在一根中心軸上并與中心軸一起旋轉(zhuǎn)，中心軸一端安裝發(fā)電機轉(zhuǎn)子，另一端及靠近發(fā)電機轉(zhuǎn)子處裝有磁浮軸承，發(fā)電機轉(zhuǎn)子上裝有轉(zhuǎn)子磁鐵，中心軸連同汽輪機葉輪、發(fā)電機轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子磁鐵、磁浮軸承一起安裝在汽缸內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱管飛輪式汽輪機發(fā)電儲能裝置，其特征在于調(diào)節(jié)閥 門為單向閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱管飛輪式汽輪機發(fā)電儲能裝置，其特征在于汽輪機 葉輪是多級或單級。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱管飛輪式汽輪機發(fā)電儲能裝置，其特征在于發(fā)電機 轉(zhuǎn)子是盤式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子磁鐵鑲嵌在其端面；或是圓柱式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子磁鐵平行于圓柱軸線鑲嵌 在其外圓柱面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱管飛輪式汽輪機發(fā)電儲能裝置，其特征在于發(fā)電線 圈鑲嵌在發(fā)電機轉(zhuǎn)子安裝轉(zhuǎn)子磁鐵對應(yīng)部位的汽缸壁內(nèi)。
專利摘要本實用新型涉及發(fā)電技術(shù)及能源儲存領(lǐng)域，特指一種熱管飛輪式汽輪機發(fā)電儲能裝置，主要包括熱管蒸發(fā)段、蒸汽上升管道、調(diào)節(jié)汽室、調(diào)節(jié)閥門、汽缸、進汽室、發(fā)電機轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子磁鐵、發(fā)電線圈、磁浮軸承、中心軸、汽輪機葉輪、隔板、排汽室、散熱片、熱管冷凝段、液體下降管道，熱管內(nèi)工作介質(zhì)受熱蒸發(fā)在回路中快速流動，推動汽輪機葉輪旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子工作發(fā)電；當外熱源消失或蒸汽動力不足時汽輪機葉輪在真空環(huán)境中靠慣性力作用保持高速旋轉(zhuǎn)，儲存一定量的動能。本實用新型利用低品質(zhì)熱能發(fā)電，電能轉(zhuǎn)換效率高，而且汽輪機葉輪既能提供發(fā)電原動力又可作為飛輪儲能，具有儲能密度大、使用壽命長等優(yōu)勢，同時該裝置可組合發(fā)電，適用范圍廣闊。
文檔編號F01K19/00GK201771560SQ20102025920
公開日2011年3月23日 申請日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者何長江, 劉澤, 楊衛(wèi)民, 汪傳生 申請人:青島科技大學;北京華夏英藍科技發(fā)展有限公司