CN102434257B - 车、船发动机废热发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于废热回收节能技术领域，涉及一种利用机动车、机动船发动机所排放的废热转化成机械能，再把机械能转化成电能的发电装置。发动机废热在装置热腔端连续供热传给工质，工质不燃烧，不更换。本发明主要由热机部分和发电部分组成：热机部分组成主要有曲柄连杆机构、配气机构、工质循环系统、润滑系统、散热系统、吸热系统、缸体和缸盖、起动装置等。发电部分是启动-发电机，集成发电调节系统，兼具启动功能和发电功能。本发明利用相变工质，进行大吞吐量的热交换实现废热发电。体积小，功率大，可装在发动机舱内，无需改动发动机，现有车船都可以使用，可实现多用途，有利于节能减排、低碳环保。
Description
技术领域
本发明属于废热回收节能技术领域，具体涉及一种利用机动车、船排放的废热的发电装置。
背景技术
内燃机，是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气，燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。常见的有柴油机和汽油机。
在内燃发动机中，热效率是燃料燃烧后用于做功的那部分热量与所产生的总热量之比。燃料完全燃烧产生的热量没有全部转化为有用功，只有少部分热量参与推动活塞、带动曲轴旋转，其余热量一部分被发动机冷却系带走，一部分以排气方式排到大气中去了，叫做排气损失，约占总能量的40％左右。因此，内燃机的热效率很低，即使是高性能的四冲程发动机，其热效率也不到30％。也就是说，燃料燃烧产生的有用能量只有不到1/3被有效利用，有超过2/3的热量被浪费掉了。而发动机本身的热效率很难大幅度提高，因为这些过多的热量如果不被排出就会将发动机自身熔化。
举例：一台普通的排量1.6升JETTA车，发动机有用功率约为60Kw，占燃料燃烧功率的30％，那燃料燃烧产生的功率约为200Kw，排气废热功率约占燃料燃烧产生的功率的40％，那就约为80Kw。由此可见，发动机废热功率比发动机产生的有用功率还要大。
外燃机是一种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机，有别于依靠燃料在发动机内部燃烧获得动力的内燃机。新型外燃机使用氢气作为工质，在封闭的气缸内充有一定容积的工质，气缸一端为热腔，另一端为冷腔，工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀做功。燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。
斯特林发动机就是一种外燃发动机，这种发动机是伦敦的牧师罗巴特·斯特林(Robert Stirling)于1816年发明的，所以命名为“斯特林发动机”(Stirling engine)。斯特林发动机是独特的热机，因为他们理论上的效率几乎等于理论最大效率，称为卡诺循环效率。斯特林发 动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的，使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀氢气(或氦)作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室冷却，反复地进行这样的循环过程。但是，斯特林发动机还有许多问题要解决，例如膨胀室、压缩室、加热器、冷却室、再生器等的成本高，热量损失是内燃发动机的2-3倍等。所以，还不能成为大批量使用的发动机。
斯特林循环：由来自外部热源加热的等温膨胀、工质传热给回热器的等体积回热、向外部冷源排热的等温压缩和回热器返回传热给工质的等体积回热四个热力过程组成的热气机的理想热力循环。
发明内容
本发明的目的：回收发动机废热能源，一个巨大且尚未开发利用的能源，使之转化成机械能，再带动发电机发电。发出大量的电可以用来夏季带动空调，使用空调就不需要再消耗发动机有效功率了；可以冬天取暖，冬季车、船上可以加装更多的用电取暖的设备，安全方便，提高车、船内温度；还可以用电驱动车辆，构成混合动力汽车，行驶中可以节约大量的燃油。
此装置可以非常容易的加装到车、船的发动机舱中，体积小，仅需要对现有发动机排气管做梢微改动，把此装置的废热散热器段串联在排气管中。不影响现有发动机的保养维护，不影响现有发动机的有效功率。
本发明的原理：发动机废热温度约600-700摄氏度，室外温度约-25摄氏度-38摄氏度，无论冬天还是夏天发动机废热温度与空气气温形成很大温差，利用温差驱使本装置热机部分工作，热机部分的原理类似于外燃机斯特林热机的原理，工作物质在内部封闭循环，但不同于使用气体工质的斯特林发动机，本装置使用相变工质，在封闭的循环系统内充有一定容积的相变工质，系统一端为热腔，另一端为冷腔，相变工质在低温冷腔中冷凝，由气相变成液相，放出热，然后被转移到高温热腔中吸收热，被迅速加热，变成气相，膨胀做功，然后转移到冷腔中。相变工质在相变时可以吸收或释放大量的热，所以相变工质可以大吞吐量的进行热交换。发动机废热在装置热腔端连续供热，通过释热器传给工质，工质不参与燃烧，也不更换。热机部分把废热转变成机械能，然后再带动发电机发电。
本发明主要由热机部分和发电部分组成：热机部分组成主要有曲柄连杆机构、配气机构、工质循环系统、润滑系统、散热系统、吸热系统、缸体和缸盖、起动装置等。发电部分是启动-发电机，集成发电调节系统，兼具启动功能和发电功能。
本发明主要优点：回收发动机废热作为热源，资源广阔；利用相变物质作为工质，热吞吐量大，可以做到体积小，功率大；可装在发动机舱内，仅需改动发动机排气管段，现有车船都可以加装此装置；回收废热转变成电能后，使用方便，可实现多用途。
附图说明
附图为车、船发动机废热发电装置结构示意图。
其中：1、配气机构，2、工质喷射器，3、废热散热器，4、废热进气管，5、废热出气管，6、保温层，7、活塞，8、汽缸，9、曲柄连杆机构，10、工质泵，11、工质散热器，12、压力调节罐，13、启动-发电机，14、联轴节，15、传动皮带。
具体实施方式
车、船发动机产生的废热从废热进气管4进入，经过废热散热器3后从废热出气管5排出，废热散热器3、废热进气管4、废热出气管5是连接在一起的。废热散热器3在汽缸8内释放大量的热能，汽缸8外层设置有保温层6，此时，启动与曲轴相连的启动-发电机13，带动曲柄连杆机构9开始旋转，并带动活塞7向上运动，当活塞7处于上止点时，工质喷射器2向汽缸8内喷射液态石油醚工质，工质喷射器2在汽缸8的头部，靠近废热散热器3的位置，液态石油醚工质呈雾状，遇到温度很高的废热散热器3，吸收大量热量，实现由液相向气相的转变，迅速汽化，体积急剧膨胀，压力增大，推动活塞7向下运动，对外做功，配气机构1与曲轴通过皮带15传动，当活塞7到达下止点时，配气机构1内排气门打开，然后活塞7开始向上运动，汽化的石油醚工质随着活塞7向上运动被排出汽缸8，进入工质散热器11，当活塞7运动到达上止点时，配气机构1中排气门关闭。工质喷射器2再次喷射液态工质，开始新的循环工作过程，就这样周而复始。排出的气态工质进入到工质散热器11后，迅速散出大量的热，温度下降，实现由气相向液相的转变，快速液化，压力降低，最后回流到工质泵10中，工质泵10受曲轴控制，在活塞到达上止点时把液态工质输送到工质喷射器2，实现喷射。当汽化的工质刚进入工质散热器11时，工质散热器11内压力会急剧升高，当气态工质都液化时，工质散热器11内压力又急剧降低，这样反复的压力变化过大，工质散热器11就会出问题。为了保持压力的相对稳定，设置一个压力调节罐12与工质散热器11联通，当工质散热器11压力高时，部分没有液化的气态工质进入压力调节罐12，使工质散热器11压力降低，当工质散热器11压力低时，一部分气态工质会回到工质散热器11中使工质散热器11中压力增加，始终保持一个相对稳定的压力。曲轴输出的动力通过联轴节14输出到启动-发电机13，带启动-动发电机13发电。发出的电为三相交流电。
Claims (1)
1.车、船发动机废热发电装置，其特征是：主要由热机部分和发电部分组成：热机部分组成主要有曲柄连杆机构、配气机构、工质循环系统、润滑系统、散热系统、吸热系统、缸体和缸盖、起动装置；发电部分是启动-发电机、集成发电调节系统，具体结构是废热从废热进气管(4)进入，经过废热散热器(3)后从废热出气管(5)排出，废热散热器(3)、废热进气管(4)、废热出气管(5)是连接在一起，废热散热器(3)在汽缸(8)内释放大量的热能，汽缸(8)外层设置有保温层(6)，启动启动-发电机(13)与曲轴相连启动与曲轴相连的启动-发电机(13)，带动曲柄连杆机构(9)旋转，并带动活塞(7)向上运动，当活塞(7)处于上止点时，工质喷射器(2)向汽缸(8)内喷射液态石油醚工质，工质喷射器(2)在汽缸(8)的头部，靠近废热散热器(3)的位置，液态石油醚工质呈雾状，遇到温度很高的废热散热器(3)，由液相向气相的转变，推动活塞(7)向下运动，对外做功，配气机构(1)与曲轴通过皮带(15)传动，当活塞(7)到达下止点时，配气机构(1)内排气门打开，然后活塞(7)开始向上运动，汽化的石油醚工质随着活塞(7)向上运动被排出汽缸(8)，进入工质散热器(11)，当活塞(7)运动到达上止点时，配气机构(1)中排气门关闭，工质喷射器(2)再次喷射液态工质，开始新的循环工作过程，周而复始，排出的气态工质进入到工质散热器(11)后，由气相向液相的转变，快速液化，压力降低，最后回流到工质泵(10)中，工质泵(10)受曲轴控制，在活塞到达上止点时把液态工质输送到工质喷射器(2)，实现喷射，为了保持压力的相对稳定，设置一个压力调节罐(12)与工质散热器(11)联通，曲轴输出的动力通过联轴节(14)输出到启动-发电机(13)，带动启动-发电机(13)发电，发出的电为三相交流电。
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