專利名稱：高效內(nèi)循環(huán)發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高效內(nèi)循環(huán)發(fā)動機(jī)。
背景技術(shù)：
目前多數(shù)的發(fā)電廠、化工廠等為了達(dá)到預(yù)期的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，過度使用不可再生能源，含有大量熱能的廢氣被排放到空氣中，使能源被浪費(fèi)。已有的對工廠生產(chǎn)帶來的廢氣熱能的利用裝置，比如鋼鐵廠的廢熱回收利用裝置，是利用換熱器將廢氣熱能用于預(yù)熱助燃空氣、預(yù)熱煤氣和生產(chǎn)蒸汽。蒸汽多用螺桿膨脹動力機(jī)發(fā)電。螺桿膨脹動力機(jī)包括兩根(陰、陽)螺桿轉(zhuǎn)子、外殼、軸承和密封等。其工作原理是作功介質(zhì)先進(jìn)入機(jī)內(nèi)螺桿齒槽，推動螺桿轉(zhuǎn)動，隨著螺桿轉(zhuǎn)動，齒槽旋轉(zhuǎn)逐漸加長、容積增大，介質(zhì)降壓降溫膨脹做功，最后從齒槽排 出，功率從主軸陽螺桿輸出，亦可通過同步齒輪從陰螺桿輸出，驅(qū)動發(fā)電機(jī)。其內(nèi)效率雖高達(dá)70%-85%，但適用范圍小,僅適用于溫度小于250°C,壓強(qiáng)低于1. 5MPa的環(huán)境內(nèi)，當(dāng)廢氣溫度略高或壓力略大時則無法使用。

發(fā)明內(nèi)容
為了利用多溫度和多壓力范圍的廢氣，改變高溫廢氣利用效率低，利用率高的廢氣溫度低的現(xiàn)狀，本發(fā)明提供一種高效內(nèi)循環(huán)發(fā)動機(jī)。為了達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種高效內(nèi)循環(huán)發(fā)動機(jī)，包括發(fā)電機(jī)，其特殊之處在于還包括熱交換器、渦輪機(jī)、冷卻器、壓氣機(jī)、散熱器和水泵，所述熱交換器上包括進(jìn)氣口、出氣口、介質(zhì)氣體出口和介質(zhì)氣體進(jìn)口，所述渦輪機(jī)、換熱器式冷卻器和壓氣機(jī)通過空心軸同軸聯(lián)接，渦輪機(jī)的出氣端與冷卻器的進(jìn)氣端連通，冷卻器的出氣端與壓氣機(jī)的進(jìn)氣端連通；所述空心軸位于壓氣機(jī)外側(cè)的端部軸向設(shè)置有堵頭，徑向設(shè)置有冷卻水出口，冷卻水出口通過不銹鋼管與水泵的水泵入水口聯(lián)接，水泵出水口通過不銹鋼管與冷卻器外壁上的冷卻水進(jìn)水口聯(lián)通；所述空心軸與發(fā)電機(jī)的主軸使用聯(lián)軸器同軸聯(lián)接，所述熱交換器的介質(zhì)氣體出口通過管道與渦輪機(jī)外壁上的熱端進(jìn)氣口相連，所述冷卻器通過其外壁上的冷卻水出口通過不銹鋼管與散熱器的散熱器入水口聯(lián)接，散熱器出水口通過不銹鋼管與空心軸聯(lián)通；所述熱交換器上的介質(zhì)氣體進(jìn)口通過管道與壓氣機(jī)上的冷端出氣口聯(lián)通。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、構(gòu)思巧妙本發(fā)明利用廢氣熱能作為驅(qū)動的發(fā)動機(jī)，該發(fā)動機(jī)可高效利用大型工廠排出的廢氣余熱，燃?xì)?、燃油、燃煤等氣體熱能，將其熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能輸出，用于發(fā)電。2、加工方便，實現(xiàn)容易充分利用對自然現(xiàn)象的思考，根據(jù)風(fēng)的形成原因和風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生設(shè)計的整體理念。將溫差導(dǎo)致壓力差應(yīng)用在發(fā)動機(jī)中，和發(fā)電機(jī)相連，進(jìn)行發(fā)電。介質(zhì)氣體由高溫高壓轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏氐蛪?，由高壓處向低壓處流動，動能通過葉片轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，帶動軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動發(fā)電機(jī)。3、適用范圍廣本發(fā)明理論效率最高可達(dá)64. 89%，可適用于溫度100°C至700°C，壓強(qiáng)20MPa的環(huán)境內(nèi)。工作介質(zhì)氣體為氫氣、氦氣或其他高壓、中壓氣體，適用于各類大型工廠，如水泥廠、發(fā)電廠、玻璃廠等會排放中高溫廢氣的工廠。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意 圖2是冷卻器的結(jié)構(gòu)簡 圖3是圖2的A向視圖。其中，1-出氣口、2-進(jìn)氣口、3-介質(zhì)氣體出口、4_介質(zhì)氣體進(jìn)口、5-空心軸、6_冷端出氣口、7-堵頭、8-冷卻水出口、9-熱交換器、10-壓氣機(jī)、11-發(fā)電機(jī)、12-水泵、13-冷卻器、14-渦輪機(jī)、15-冷卻水進(jìn)水口、16-冷卻器的進(jìn)氣端、17-折流板、18-冷卻器出氣端、19-冷卻器冷卻水出口、20-聯(lián)軸器、21-水泵入水口、22-水泵出水口、23-散熱器入水口、 24-散熱器、25-散熱器出水口、26-熱端進(jìn)氣口。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說明。參見圖1，一種高效內(nèi)循環(huán)發(fā)動機(jī)，包括發(fā)電機(jī)11，還包括熱交換器9、渦輪機(jī)14、冷卻器13、壓氣機(jī)10、散熱器24和水泵12，所述熱交換器9上包括進(jìn)氣口 2、出氣口1、介質(zhì)氣體出口 3和介質(zhì)氣體進(jìn)口 4，所述渦輪機(jī)14、換熱器式冷卻器13和壓氣機(jī)10通過空心軸5同軸聯(lián)接，渦輪機(jī)14的出氣端與冷卻器的進(jìn)氣端16連通，冷卻器13的出氣端18與壓氣機(jī)10的進(jìn)氣端連通；所述空心軸5位于壓氣機(jī)10外側(cè)的端部軸向設(shè)置有堵頭7，徑向設(shè)置有冷卻水出口 8，冷卻水出口 8通過不銹鋼管與水泵12的水泵入水口 21聯(lián)接，水泵出水口22通過不銹鋼管與冷卻器13外壁上的冷卻水進(jìn)水口 15聯(lián)通；所述空心軸5與發(fā)電機(jī)11的主軸使用聯(lián)軸器20同軸聯(lián)接，所述熱交換器9的介質(zhì)氣體出口 3通過管道與渦輪機(jī)14外壁上的熱端進(jìn)氣口 26相連，所述冷卻器13通過其外壁上的冷卻器冷卻水出口 19通過不銹鋼管與散熱器24的散熱器入水口 23聯(lián)接，散熱器出水口 25通過不銹鋼管與空心軸5聯(lián)通；所述熱交換器9上的介質(zhì)氣體進(jìn)口 4通過管道與壓氣機(jī)10上的冷端出氣口 6聯(lián)通。本發(fā)明的工作原理是工廠排放的廢氣通過進(jìn)氣口 2進(jìn)入熱交換器9，對工作介質(zhì)氣體(氫氣、氦氣等)進(jìn)行加熱，隨后從出氣口 I排放。經(jīng)過加熱的介質(zhì)氣體通過介質(zhì)氣體出口 3送入熱端進(jìn)氣口 26，進(jìn)入安裝渦輪機(jī)的腔體內(nèi)。高溫高壓介質(zhì)氣體由冷卻器13的冷卻器進(jìn)氣端16進(jìn)入，在冷卻器13中氣體溫度降低，體積減小，壓力降低。隨后經(jīng)由冷卻器出氣端18，流入壓氣機(jī)10。渦輪機(jī)14和壓氣機(jī)10由空心軸5相連接，同時，壓氣機(jī)10將介質(zhì)氣體壓縮，故壓氣機(jī)10端的動葉被渦輪機(jī)14端的動葉帶動轉(zhuǎn)動，發(fā)電機(jī)11隨即工作，發(fā)出電能。被壓縮后的冷的工作介質(zhì)氣體經(jīng)過冷端出氣口 6和介質(zhì)氣體入口 4進(jìn)入熱交換器9，再次加熱并重新回到渦輪機(jī)14。用于冷卻的水由水泵12供給，從水泵出水口 22打出，經(jīng)由不銹鋼管和冷卻水進(jìn)水口 15流入冷卻器13，進(jìn)行換熱作用后溫度升高，并從冷卻水出水口 19流出。隨后經(jīng)過不銹鋼管和散熱器入水口 23流入散熱器24進(jìn)行散熱，溫度降低后經(jīng)由散熱器出水口 25流出，經(jīng)過不銹鋼管流進(jìn)空心軸5，冷卻水經(jīng)過空心軸5后再從另一端的空心軸冷卻水出口 8流出，經(jīng)由水泵入水口 21流回水泵12，再通過水泵作用重新流入冷卻器13內(nèi)。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，所采用的單體結(jié)構(gòu)均為公知的，為了進(jìn)一步說明，下面對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解描述
參見圖1，熱交換器9上包括出氣口1、進(jìn)氣口 2、介質(zhì)氣體出口 3和介質(zhì)氣體進(jìn)口 4，內(nèi)部包括加熱管、折流板和固定板等，高溫廢氣從下端進(jìn)氣口 2流入，上端出氣口 I流出，和介質(zhì)氣體的流向相反。高溫廢氣在加熱管間流動，折流板改變其流動路線，增大與加熱管的接觸面積，提高換熱效率。介質(zhì)氣體從介質(zhì)氣體進(jìn)口 4流入，從加熱管獲得熱量，然后從介質(zhì)氣體出口 3流出。所述渦輪機(jī)14、冷卻器13和壓氣機(jī)10同軸聯(lián)接組成了本發(fā)明的核心，其中空心軸5貫穿渦輪機(jī)14、換熱器式冷卻器13和壓氣機(jī)10的中心，渦輪機(jī)14與壓氣機(jī)10上原結(jié)構(gòu)中的主軸被空心軸5替代。該結(jié)構(gòu)中渦輪機(jī)14和壓氣機(jī)10的外端部上通過O型密封圈、密封軸承、高壓密封環(huán)高壓密封推環(huán)、密封彈簧等構(gòu)成軸向密封系統(tǒng)。加熱后的工作介質(zhì)氣體的壓力推動渦輪機(jī)14旋轉(zhuǎn)。高溫氣體通過冷卻器13，在冷卻器13中氣體溫度降低，體積減小，壓力降低壓氣機(jī)10將氣體壓縮，故壓氣機(jī)10端的動葉被渦輪機(jī)14端的動葉帶動轉(zhuǎn)動，發(fā)電機(jī)11隨即工作，發(fā)出電能。被壓縮后的冷的工作介質(zhì)氣體進(jìn)入熱交換器9，再次加熱并重新回到渦輪機(jī)14。用于冷卻的水從渦輪機(jī)14 一側(cè)的空心軸5流入，再從另一端的空心軸冷卻水出口 8流出，流入冷卻器13，對氣體進(jìn)行冷卻后流回水泵12，再通過水泵12的作用重新流入空心軸5內(nèi)。參見圖2、圖3，冷卻器13是具有主軸的環(huán)狀結(jié)構(gòu)形式。其中間有冷卻管，管內(nèi)流動的為介質(zhì)氣體，管外為冷卻液，此處為水。冷卻管由固定板固定位置。冷卻水從入口流入，出口流出，帶走冷卻管傳遞的介質(zhì)氣體熱量。折流板17改變冷卻水的流動方向，增大換熱面積。
權(quán)利要求
1.一種高效內(nèi)循環(huán)發(fā)動機(jī)，包括發(fā)電機(jī)(11)，其特征在于還包括熱交換器(9)、渦輪機(jī)(14)、冷卻器(13)、壓氣機(jī)(10)、散熱器(24)和水泵(12)，所述熱交換器(9)上包括進(jìn)氣口(2)、出氣口(I)、介質(zhì)氣體出口(3)和介質(zhì)氣體進(jìn)口(4)，所述渦輪機(jī)(14)、換熱器式冷卻器(13)和壓氣機(jī)(10)通過空心軸(5)同軸聯(lián)接，渦輪機(jī)(14)的出氣端與冷卻器的進(jìn)氣端(16)連通，冷卻器(13)的出氣端(18)與壓氣機(jī)(10)的進(jìn)氣端連通；所述空心軸(5) 位于壓氣機(jī)(10)外側(cè)的端部軸向設(shè)置有堵頭(7)，徑向設(shè)置有冷卻水出口(8)，冷卻水出口(8)通過不銹鋼管與水泵(12)的水泵入水口(21)聯(lián)接，水泵出水口(22)通過不銹鋼管與冷卻器(13)外壁上的冷卻水進(jìn)水口(15)聯(lián)通；所述空心軸(5)與發(fā)電機(jī)(11)的主軸使用聯(lián)軸器(20)同軸聯(lián)接，所述熱交換器(9)的介質(zhì)氣體出口(3)通過管道與渦輪機(jī)(14)外壁上的熱端進(jìn)氣口(26)相連，所述冷卻器(13)通過其外壁上的冷卻水出口(19)通過不銹鋼管與散熱器(24)的散熱器入水口(23)聯(lián)接，散熱器出水口(25)通過不銹鋼管與空心軸 (5)聯(lián)通；所述熱交換器(9)上的介質(zhì)氣體進(jìn)口(4)通過管道與壓氣機(jī)(10)上的冷端出氣口出)聯(lián)通。
全文摘要
本發(fā)明涉及發(fā)電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高效內(nèi)循環(huán)發(fā)動機(jī)。為了利用多溫度和多壓力范圍的廢氣，改變高溫廢氣利用效率低，利用率高的廢氣溫度低的現(xiàn)狀，本發(fā)明提供一種高效內(nèi)循環(huán)發(fā)動機(jī)。為了達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種高效內(nèi)循環(huán)發(fā)動機(jī)，包括發(fā)電機(jī)，還包括熱交換器、渦輪機(jī)、冷卻器、壓氣機(jī)、散熱器和水泵，所述熱交換器上包括進(jìn)氣口、出氣口、介質(zhì)氣體出口和介質(zhì)氣體進(jìn)口，所述渦輪機(jī)、換熱器式冷卻器和壓氣機(jī)通過空心軸同軸聯(lián)接，渦輪機(jī)的出氣端與冷卻器的進(jìn)氣端連通，冷卻器的出氣端與壓氣機(jī)的進(jìn)氣端連通。本發(fā)明構(gòu)思巧妙、加工方便，實現(xiàn)容易且適用范圍廣。
文檔編號F01D15/10GK102996192SQ20121058911
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者劉雅文, 劉建設(shè), 申濤 申請人:西安工業(yè)大學(xué)