CN103334848A - 发动机热回收发电系统 - Google Patents
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Abstract
内燃机热回收发电系统，通过回收发动机废热将其转化为电力输出，本系统由高压柱塞泵提供动力，促使工质先通过热回收装置实现对废热的回收，然后通过ECU控制的调节阀进入螺杆膨胀动力机，在螺杆膨胀动力机内高温工质减压气化将热能转化为蒸汽压力，推动螺杆膨胀机转动，由此带动发电机产生电力输出。本发明通过回收内燃发动机的废热，将其转化为发电机电力输出，配合发动机启停装置或ISG混合动力装置工作，可大幅度减少燃油消耗，减少碳排放，减少废气排放。
Description
技术领域
本发明涉及发动机的技术领域。
背景技术
目前常用的内燃发动机，为避免燃料燃烧产生的高温损坏发动机部件，一般采用水冷却系统来降低发动机的温度，水冷却系统带走了燃料燃烧产生的热能的很大一部分，同时发动机排放的废气也带走了很大一部分能量，这两部分加起来带走了燃料总热值中将近60％的热量，而实际上用于驱动的能量不到燃料燃烧产生的能量的15％。如此大比例的能量被白白浪费，是内燃机效率低下的主要原因。
2011年，一种内燃、蒸汽组合发动机(参见申请号或专利号：201110238614.X)被发明，使大幅度提高发动机效率成为可能，但是该发明对发动机所做的改动非常大，这样的改动需要更高的机械加工精度，涉及生产流水线改进，以及长时间的稳定性和可靠性测试，几乎是对整个发动机行业推倒重来，这影响了该项技术的推广。
2013年，一项名为“内燃发动机冷却与热回收装置”的专利申请(申请号201310000158.4)中提出了利用回收热能发电的方法，但是该专利申请中的方法并非专为回收发动机热能发电而设计，所以设计中完成发电目的所需的结构不够简练，有些部件不是必需的，而有些部件的选用也不够理想，在应用于热回收发电方面，有更好的技术方案。
发明内容
本发明为能够充分利用燃料的能量，提高发动机的热效率，提出一种发动机热回收发电系统，该系统在201310000158.4的基础上，进行了结构优化，使其结构更紧凑，本发明通过回收原先被浪费的热能，并使转化为电能进行回收利用。
本发明的技术方案是：一种发动机热回收发电系统，包括储液罐、高压柱塞泵、热交换回收装置、电控调节阀、螺杆膨胀动力机、冷凝器、发电机、ECU，按储液罐、高压柱塞泵、热交换回收装置、电控调节阀、螺杆膨胀动力机、冷凝器、储液罐的顺序，把相邻的部分用管道连接，使其构成一个可流通汽液的循环通道，高压柱塞泵用于提供动力使工质单向流动，流动方向和路径为：储液罐→高压柱塞泵→热交换装置→电控调节阀→螺杆膨胀动力机→冷凝器→储液罐，由ECU控制电控调节阀实现对流量的控制。
其中工质从储液罐、高压柱塞泵、热交换回收装置、电控调节阀之间的流动为吸热阶段，工质与发动机冷却系统中的冷却液进行热交换，提升工质的温度，高压柱塞泵在其输出端和电控调节阀之间产生20到300个大气压的高压，使得工质的沸点温度提高，在较高的温度下仍然处于液态。
在整个循环过程中，所有的连接处保持密封状态。
从电控调节阀、螺杆膨胀动力机、冷凝器、储液罐之间为做功及冷却回收阶段，高温高压工质在ECU控制下通过电控调节阀进入螺杆膨胀动力机，把热能转变为动能实现做功。
所述的储液罐中装置有温度传感器，信号送到ECU进行处理。
所述的冷凝器入口处装置有气压传感器，信号送ECU处理。
所述的热交换装置是盘管式热交换装置。
所述的热交换装置的包括废气热回收装置和发动机冷却液热交换回收装置，以串联方式连接。
所述的做功工质的一种，是含水酒精。
所述的各部件(包括内燃机)暴露在空气中的部分均涂有保温涂层以提高热效率。
本发明的有益效果
本发明通过回收发动机工作时被浪费的部分热能，并将其转化为电力输出，从而大幅度提高发动机的整体效率，在提供同等效果的情况下燃油消耗大幅降低，尤其在应用于运载工具时效果更为显著，可达到节约能源、减少碳排放、减少废气污染物排放的目的，为建立一个环境友好型的可持续发展的经济模式做出贡献。
附图说明
图1为该发动机热回收发电系统基本结构原理示意图；
图中1.螺杆膨胀动力机、2.发电机、3.电控调节阀、4.ECU、5.冷凝器、6.储液罐、7.高压柱塞泵、8.热交换装置：冷却液热交换回收装置、9、热交换装置：废气热交换回收装置。
实施方式
实施例一：参见图1，一种发动机热回收发电系统，包括储液罐、高压柱塞泵、热交换回收装置、电控调节阀、螺杆膨胀动力机、冷凝器、发电机、ECU，上述部件按储液罐、高压柱塞泵、热交换回收装置、电控调节阀、螺杆膨胀动力机、冷凝器、储液罐的顺序，把相邻的部分用管道连接，使其构成一个可流通汽液的循环通道，高压柱塞泵用于提供动力使工质单向流动，流动方向和路径为：储液罐→高压柱塞泵→热交换装置→电控调节阀→螺杆膨胀动力机→冷凝器→储液罐，由ECU控制电控调节阀来控制做功介质的流速。
其中工质从储液罐、高压水泵、热交换回收装置、电控调节阀之间的流动为吸热阶段，工质与发动机冷却系统中得冷却液进行热交换，提升工质的温度，高压柱塞泵在其输出端和电控调节阀之间产生20到300个大气压的高压，使得工质的沸点温度提高，在较高的温度下仍然处于液态。
在整个循环过程中，所有的连接处保持密封状态。
从电控调节阀、螺杆膨胀动力机、冷凝器、储液罐之间为做功及冷却回收阶段，之前储存的高温高压工质在ECU控制下通过电控调节阀进入螺杆膨胀动力机，把热能转变为动能以实现做功。
所述的储液罐中装置有温度传感器，信号送到ECU进行处理。
所述的冷凝器入口处装置有气压传感器，信号送ECU处理。
所述的热交换装置是盘管式热交换装置。
所述的热交换装置的包括废气热回收装置和发动机冷却液热交换回收装置，以串联方式连接。
所述的做功工质，可以是含水酒精。
所述的各部件(包括内燃机)暴露在空气中的部分均涂有保温涂层以提高热效率。
本方案中高压柱塞泵为工质流动提供动力，由于需要产生高压以提高液体的沸点，因此使用高压柱塞泵而非普通的离心泵。
本方案的热交换装置有冷却液热交换装置和废气热回收装置，原先发动机冷却系统中的冷却液通过散热器散热，大量的热能就被空气带走，全部浪费，因此改变为发动机冷却系统的高温冷却液经过一个发动机冷却液热交换回收装置，与本系统内的工质进行热交换降低温度。另外发动机排出的废气也带走了很大一部分能量，因此设置废气热回收装置，以回收部分能量。
升温后的工质经过电控调节阀进入到螺杆膨胀动力机，电控调节阀用于控制工质的流速，适当的流速可以保证通过热回收装置时的压强，足够的压强可以提高液体的沸点，为使其保持在液态，这个压强将保持在20到300个大气压范围内。电控调节阀的调节由ECU控制，电控调节阀之前装置有温度和压力传感器，ECU根据温度和压力传感器的数据决定电控调节阀的开通程度。
进入螺杆动力机的蒸汽压将驱动螺杆动力机转动，把热能转化为动能，配备发电机后，通过螺杆膨胀动力机的带动，即可产生电力。电进入原有的配电系统进行分配，流向需要电力驱动的部件，或储存在电池中备用。
由于水的比热较高，沸点温度也比较高，因此做功介质采用含水酒精，酒精升温快沸点低，因此更容易产生蒸汽，也因此可以得到更大的动力。
为了更好的利用热能，相关的部件均在与空气接触的表面覆盖有隔热涂层，以避免热能散失到空气中。
本方案尤其适合应用于运载工具，当用于汽车时可以与发动机启停装置或ISG混合动力模式配合使用，额外获得的电力可以让运载工具更省油或产生更大的功率。本方案应用于大功率发动机如船用发动机、坦克发动机时效果更为显著。
Claims (9)
1.一种发动机热回收发电系统，包括储液罐、高压柱塞泵、热交换回收装置、电控调节阀、螺杆膨胀动力机、冷凝器、发电机、ECU，其特征是：按储液罐、高压柱塞泵、热交换回收装置、电控调节阀、螺杆膨胀动力机、冷凝器、储液罐的顺序，把相邻的部分用管道连接，使其构成一个可流通汽、液的循环通道。由高压柱塞泵提供动力使工质单向流动，流动方向和路径为：储液罐→高压柱塞泵→热交换装置→电控调节阀→螺杆膨胀动力机→冷凝器→储液罐，同时由ECU通过控制电控调节阀来控制做功介质的流速。
2.根据权利要求1所述的发动机热回收发电系统，其特征是：从高压柱塞泵的输出端到电控调节阀的输入端之间为高压区，在运行过程中保持20到300个大气压的以使工质处于液态而不汽化。
3.根据权利要求1所述的发动机热回收发电系统，其特征是：所述的电控调节阀入口端装置有温度传感器和压力传感器，信号送到ECU进行处理。
4.根据权利要求1所述的发动机热回收发电系统，其特征是：所述的储液罐中装置有温度传感器，信号送到ECU进行处理。所述的冷凝器中装置有气压传感器，其信号送ECU处理。
5.根据权利要求1所述的发动机热回收发电系统，其特征是：所述的热交换回收装置是废气热回收装置、发动机冷却液热交换回收装置，以串联方式连接。
6.根据权利要求1所述的发动机热回收发电系统，其特征是：所述的做功工质，可以是含水酒精。
7.根据权利要求1所述的发动机热回收发电系统，其特征是：在整个水汽循环通道的连接处均进行密封处理。
8.根据权利要求1所述的发动机热回收发电系统，其特征是：所述的热交换回收装置是盘管式热交换装置。
9.根据权利要求1所述的发动机热回收发电系统，其特征是：所述的各部件(包括内燃机)暴露在空气中的部分均涂有保温涂层以提高热效率。
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