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2、秦芳 (54) 发明名称 高效内循环发动机 (57) 摘要 本发明涉及发电设备技术领域，具体涉及一 种高效内循环发动机。为了利用多温度和多压力 范围的废气，改变高温废气利用效率低，利用率高 的废气温度低的现状，本发明提供一种高效内循 环发动机。为了达到本发明的目的，本发明提供 的技术方案是：一种高效内循环发动机，包括发 电机，还包括热交换器、涡轮机、冷却器、压气机、 散热器和水泵，所述热交换器上包括进气口、出气 口、介质气体出口和介质气体进口，所述涡轮机、 换热器式冷却器和压气机通过空心轴同轴联接， 涡轮机的出气端与冷却器的进气端连通，冷却器 的出气端与压气机的进气端连通。本发明构思巧 妙、加。
3、工方便，实现容易且适用范围广。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 1/1页 2 1.一种高效内循环发动机，包括发电机(11)，其特征在于：还包括热交换器(9)、涡轮 机(14)、冷却器(13)、压气机(10)、散热器(24)和水泵(12)，所述热交换器(9)上包括进 气口(2)、出气口(1)、介质气体出口(3)和介质气体进口(4)，所述涡轮机(14)、换热器式 冷却器(13)和压气机(10)通过空心轴(5)同轴联接，涡轮机(14)的出气端与冷却器的进 气端(。
4、16)连通，冷却器(13)的出气端(18)与压气机(10)的进气端连通；所述空心轴(5) 位于压气机(10)外侧的端部轴向设置有堵头(7)，径向设置有冷却水出口(8)，冷却水出口 (8)通过不锈钢管与水泵(12)的水泵入水口(21)联接，水泵出水口(22)通过不锈钢管与 冷却器(13)外壁上的冷却水进水口(15)联通；所述空心轴(5)与发电机(11)的主轴使用 联轴器(20)同轴联接，所述热交换器(9)的介质气体出口(3)通过管道与涡轮机(14)外 壁上的热端进气口(26)相连，所述冷却器(13)通过其外壁上的冷却水出口(19)通过不锈 钢管与散热器(24)的散热器入水口(23)联接，散热器出。
5、水口(25)通过不锈钢管与空心轴 (5)联通；所述热交换器(9)上的介质气体进口(4)通过管道与压气机(10)上的冷端出气 口(6)联通。 权 利 要 求 书CN 102996192 A 1/3页 3 高效内循环发动机 0001 技术领域： 本发明涉及发电设备技术领域，具体涉及一种高效内循环发动机。 0002 背景技术： 目前多数的发电厂、化工厂等为了达到预期的经济目标，过度使用不可再生能源，含有 大量热能的废气被排放到空气中，使能源被浪费。已有的对工厂生产带来的废气热能的利 用装置，比如钢铁厂的废热回收利用装置，是利用换热器将废气热能用于预热助燃空气、预 热煤气和生产蒸汽。蒸汽多用螺杆膨胀动。
6、力机发电。螺杆膨胀动力机包括两根（阴、阳）螺 杆转子、外壳、轴承和密封等。其工作原理是：作功介质先进入机内螺杆齿槽，推动螺杆转 动，随着螺杆转动，齿槽旋转逐渐加长、容积增大，介质降压降温膨胀做功，最后从齿槽排 出，功率从主轴阳螺杆输出，亦可通过同步齿轮从阴螺杆输出，驱动发电机。其内效率虽高 达70%-85%，但适用范围小，仅适用于温度小于250，压强低于1.5MPa的环境内，当废气温 度略高或压力略大时则无法使用。 0003 发明内容： 为了利用多温度和多压力范围的废气，改变高温废气利用效率低，利用率高的废气温 度低的现状，本发明提供一种高效内循环发动机。 0004 为了达到本发明的目的，本发。
7、明提供的技术方案是：一种高效内循环发动机，包括 发电机，其特殊之处在于：还包括热交换器、涡轮机、冷却器、压气机、散热器和水泵，所述热 交换器上包括进气口、出气口、介质气体出口和介质气体进口，所述涡轮机、换热器式冷却 器和压气机通过空心轴同轴联接，涡轮机的出气端与冷却器的进气端连通，冷却器的出气 端与压气机的进气端连通；所述空心轴位于压气机外侧的端部轴向设置有堵头，径向设置 有冷却水出口，冷却水出口通过不锈钢管与水泵的水泵入水口联接，水泵出水口通过不锈 钢管与冷却器外壁上的冷却水进水口联通；所述空心轴与发电机的主轴使用联轴器同轴联 接，所述热交换器的介质气体出口通过管道与涡轮机外壁上的热端进气口。
8、相连，所述冷却 器通过其外壁上的冷却水出口通过不锈钢管与散热器的散热器入水口联接，散热器出水口 通过不锈钢管与空心轴联通；所述热交换器上的介质气体进口通过管道与压气机上的冷端 出气口联通。 0005 与现有技术相比，本发明的优点是： 1、构思巧妙：本发明利用废气热能作为驱动的发动机，该发动机可高效利用大型工厂 排出的废气余热，燃气、燃油、燃煤等气体热能，将其热能转换为机械能输出，用于发电。 0006 2、加工方便，实现容易：充分利用对自然现象的思考，根据风的形成原因和风力发 电产生设计的整体理念。将温差导致压力差应用在发动机中，和发电机相连，进行发电。介 质气体由高温高压转变为低温低压，由高压。
9、处向低压处流动，动能通过叶片转变为机械能， 带动轴旋转，从而带动发电机。 0007 3、适用范围广：本发明理论效率最高可达64.89%，可适用于温度100至700， 压强20MPa的环境内。工作介质气体为氢气、氦气或其他高压、中压气体，适用于各类大型 工厂，如水泥厂、发电厂、玻璃厂等会排放中高温废气的工厂。 说 明 书CN 102996192 A 2/3页 4 附图说明 0008 图1为本发明的整体结构示意图； 图2是冷却器的结构简图； 图3是图2的A向视图。 0009 其中，1-出气口、2-进气口、3-介质气体出口、4-介质气体进口、5-空心轴、6-冷 端出气口、7-堵头、8-冷却水出口、9。
10、-热交换器、10-压气机、11-发电机、12-水泵、13-冷 却器、14-涡轮机、15-冷却水进水口、16-冷却器的进气端、17-折流板、18-冷却器出气端、 19-冷却器冷却水出口、20-联轴器、21-水泵入水口、22-水泵出水口、23-散热器入水口、 24-散热器、25-散热器出水口、26-热端进气口。 0010 具体实施方式： 下面将结合附图对本发明进行详细地说明。 0011 参见图1，一种高效内循环发动机，包括发电机11，还包括热交换器9、涡轮机14、 冷却器13、压气机10、散热器24和水泵12，所述热交换器9上包括进气口2、出气口1、介质 气体出口3和介质气体进口4，所述涡轮机14。
11、、换热器式冷却器13和压气机10通过空心轴 5同轴联接，涡轮机14的出气端与冷却器的进气端16连通，冷却器13的出气端18与压气 机10的进气端连通；所述空心轴5位于压气机10外侧的端部轴向设置有堵头7，径向设置 有冷却水出口8，冷却水出口8通过不锈钢管与水泵12的水泵入水口21联接，水泵出水口 22通过不锈钢管与冷却器13外壁上的冷却水进水口15联通；所述空心轴5与发电机11 的主轴使用联轴器20同轴联接，所述热交换器9的介质气体出口3通过管道与涡轮机14 外壁上的热端进气口26相连，所述冷却器13通过其外壁上的冷却器冷却水出口19通过不 锈钢管与散热器24的散热器入水口23联接，散热器出水。
12、口25通过不锈钢管与空心轴5联 通；所述热交换器9上的介质气体进口4通过管道与压气机10上的冷端出气口6联通。 0012 本发明的工作原理是：工厂排放的废气通过进气口2进入热交换器9，对工作介质 气体（氢气、氦气等）进行加热，随后从出气口1排放。经过加热的介质气体通过介质气体出 口3送入热端进气口26，进入安装涡轮机的腔体内。高温高压介质气体由冷却器13的冷却 器进气端16进入，在冷却器13中气体温度降低，体积减小，压力降低。随后经由冷却器出 气端18，流入压气机10。涡轮机14和压气机10由空心轴5相连接，同时，压气机10将介 质气体压缩，故压气机10端的动叶被涡轮机14端的动叶带动转动，发。
13、电机11随即工作，发 出电能。被压缩后的冷的工作介质气体经过冷端出气口6和介质气体入口4进入热交换器 9，再次加热并重新回到涡轮机14。 0013 用于冷却的水由水泵12供给，从水泵出水口22打出，经由不锈钢管和冷却水进水 口15流入冷却器13，进行换热作用后温度升高，并从冷却水出水口19流出。随后经过不锈 钢管和散热器入水口23流入散热器24进行散热，温度降低后经由散热器出水口25流出， 经过不锈钢管流进空心轴5，冷却水经过空心轴5后再从另一端的空心轴冷却水出口8流 出，经由水泵入水口21流回水泵12,再通过水泵作用重新流入冷却器13内。 0014 本发明的结构中，所采用的单体结构均为公知的。
14、，为了进一步说明，下面对其结构 进行分解描述： 参见图1，热交换器9上包括出气口1、进气口2、介质气体出口3和介质气体进口4，内 说 明 书CN 102996192 A 3/3页 5 部包括加热管、折流板和固定板等，高温废气从下端进气口2流入，上端出气口1流出，和介 质气体的流向相反。高温废气在加热管间流动，折流板改变其流动路线，增大与加热管的接 触面积，提高换热效率。介质气体从介质气体进口4流入，从加热管获得热量，然后从介质 气体出口3流出。 0015 所述涡轮机14、冷却器13和压气机10同轴联接组成了本发明的核心，其中：空心 轴5贯穿涡轮机14、换热器式冷却器13和压气机10的中心，涡轮。
15、机14与压气机10上原 结构中的主轴被空心轴5替代。该结构中涡轮机14和压气机10的外端部上通过O型密封 圈、密封轴承、高压密封环高压密封推环、密封弹簧等构成轴向密封系统。 0016 加热后的工作介质气体的压力推动涡轮机14旋转。高温气体通过冷却器13，在冷 却器13中气体温度降低，体积减小，压力降低压气机10将气体压缩，故压气机10端的动叶 被涡轮机14端的动叶带动转动，发电机11随即工作，发出电能。被压缩后的冷的工作介质 气体进入热交换器9，再次加热并重新回到涡轮机14。用于冷却的水从涡轮机14一侧的空 心轴5流入，再从另一端的空心轴冷却水出口8流出，流入冷却器13，对气体进行冷却后流 回水泵12,再通过水泵12的作用重新流入空心轴5内。 0017 参见图2、图3，冷却器13是具有主轴的环状结构形式。其中间有冷却管，管内流动 的为介质气体，管外为冷却液，此处为水。冷却管由固定板固定位置。冷却水从入口流入， 出口流出，带走冷却管传递的介质气体热量。折流板17改变冷却水的流动方向，增大换热 面积。 说 明 书CN 102996192 A 1/2页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102996192 A 2/2页 7 图3 说 明 书 附 图CN 102996192 A 。
