CN105840350A - 一种适用于天然气发动机的水浴加热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种适用于天然气发动机的水浴加热装置。该装置包括水浴加热器、温差发电器和换热介质循环装置，水浴加热器的进气口与天然气罐相连，出气口与天然气发动机的进气口相连，天然气发动机的排气口与温差发电器的热端进口相连，热端出口与消音器相连，天然气发动机的冷却液出口及温差发电器的冷端出口均与换热介质循环装置的进口相连，换热介质循环装置的出口分别与天然气发动机的冷却液进口及水浴加热器的换热介质进口相连，水浴加热器的换热介质出口与水泵进口相连，水泵出口与温差发电器的冷端进口相连。本发明结构简单、改造成本低、运行可靠、节能环保。

Description

一种适用于天然气发动机的水浴加热装置
技术领域
本发明属于天然气发动机的技术领域，尤其涉及一种适用于天然气发动机的水浴加热装置。
背景技术
天然气汽车中的燃料天然气是以较低的温度存储在气罐中，然后经加热后进入发动机燃烧。
温差发电技术是利用某些半导体材料的塞贝克效应将热能转换为电能的技术，具体表现在这种材料的冷端和热端有一定的温差时，两端就会建立起一定的电势差，如果再形成回路的话，那么电路中就会有电流产生。此时，半导体材料的作用就相当于直流电源。理论上，发电效率与温差发电装置两端的温差和半导体材料本身的属性相关。当其他条件给定时，在一定范围内，冷端和热端的温差越大，发电效率越高，而且对于同样大小温差，在一定范围内，越处于低温区，发电效率越高。温差发电装置具有结构简单、寿命长、无噪声、无运动件等优点，受到了越来越多的关注，并在诸多领域得到了应用。
温差发电器的冷端换热器需要低温加以冷却，而天然气发动机的水浴加热器需要热量给燃料天然气进行加热，正是由于这两者对换热需求上的互补，提出一种新型的天然气发动机水浴加热装置能很好地形成了这种互补，充分地利用了两者的特点，提高了能量的使用效率，具有节能环保的优点。
而之前的利用天然气发动机的低温燃料所具有的冷能的方式都需要对天然气发动机的燃料供给系统进行较大程度的改造，一方面带来成本上的提高，另一方面带来燃料泄漏的可能性的增加，如公开号为CN101825075A所公开的《一种基于温差发电的液化天然气汽车冷能回收系统》中采用的形式。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种适用于天然气发动机的水浴加热装置，提高了能量的使用效率，具有节能环保的优点。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种适用于天然气发动机的水浴加热装置，其特征在于，包括水浴加热器、温差发电器和换热介质循环装置，所述水浴加热器的进气口与天然气罐相连，出气口与天然气发动机的进气口相连，天然气发动机的排气口与所述温差发电器的热端进口相连，热端出口与消音器相连，天然气发动机的冷却液出口及温差发电器的冷端出口均与所述换热介质循环装置的进口相连，换热介质循环装置的出口分别与天然气发动机的冷却液进口及水浴加热器的换热介质进口相连，水浴加热器的换热介质出口与水泵进口相连，所述水泵出口与温差发电器的冷端进口相连。
按上述方案，所述换热介质循环装置包括顺次相连的第一三通阀、散热器和第二三通阀，天然气发动机的冷却液出口及温差发电器的冷端出口分别与所述第一三通阀的两个进口相连,第一三通阀的出口与所述散热器进口相连，散热器出口与所述第二三通阀的进口相连，第二三通阀的两个出口分别与天然气发动机的冷却液进口及水浴加热器的换热介质进口相连。
按上述方案，所述温差发电器包括热端换热器、冷端换热器和温差发电模块，所述热端换热器为箱体结构，所述冷端换热器由两个长方体上下对称设置在热端换热器的上下两侧，所述温差发电器的热端进口和热端出口分别设于热端换热器两端，所述温差发电器的冷端进口分别设于冷端换热器的两个长方体的同侧一端，冷端出口分别设于冷端换热器的两个长方体的同侧另一端，温差发电器的冷端进口和冷端出口分别通过三通管与所述水泵出口及所述第一三通阀的进口相连，热端换热器和冷端换热器的内部流体的流向相反设置，热端换热器的上下两面与冷端换热器的上底面及下顶面之间的间隙中铺设有数组所述温差发电模块。
按上述方案，所述温差发电模块分为高温模块、中温模块和低温模块，沿所述温差发电器的热端进口至热端出口依次排列铺设。
本发明的有益效果是：提供一种适用于天然气发动机的水浴加热装置，利用天然气吸热产生的低温来对换热介质进行冷却，然后利用该低温换热介质与发动机的高温排气之间的温差使温差发电器发电，充分利用能源，降低额外的能耗，并且可以直接在原有的天然气发动机上进行加装，不用改变天然气发动机原有的燃料供给系统，能普遍适用于市场上的所有天然气发动机，具有适用性强的优点。
附图说明
图1为本发明一个实施例的分布图。
图2为本发明一个实施例的温差发电器的结构示意图。
图3为本发明一个实施例的温差发电器的轴测图。
其中：1-天然气罐，2-水浴加热器，3-天然气发动机，4-第一三通阀，5-散热器，6-第二三通阀，7-温差发电器，8-水泵，9-消音器，10-热端换热器，11-冷端换热器，12-温差发电模块。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
如图1-3所示，一种适用于天然气发动机的水浴加热装置，包括水浴加热器2、温差发电器7和换热介质循环装置，水浴加热器的进气口与天然气罐1相连，出气口与天然气发动机3的进气口相连，天然气发动机的排气口与温差发电器的热端进口相连，热端出口与消音器9相连，天然气发动机的冷却液出口及温差发电器的冷端出口均与换热介质循环装置的进口相连，换热介质循环装置的出口分别与天然气发动机的冷却液进口及水浴加热器的换热介质进口相连，水浴加热器的换热介质出口与水泵8进口相连，水泵出口与温差发电器的冷端进口相连。
换热介质循环装置包括顺次相连的第一三通阀4、散热器5和第二三通阀6，天然气发动机的冷却液出口及温差发电器的冷端出口分别与第一三通阀的两个进口相连,第一三通阀的出口与散热器进口相连，散热器出口与第二三通阀的进口相连，第二三通阀的两个出口分别与天然气发动机的冷却液进口及水浴加热器的换热介质进口相连。
温差发电器包括内外套设的热端换热器10、冷端换热器11和温差发电模块12，热端换热器为箱体结构，冷端换热器由两个长方体上下对称设置在热端换热器的上下两侧，温差发电器的热端进口和热端出口分别设于热端换热器两端，温差发电器的冷端进口分别设于冷端换热器的两个长方体的同侧一端，冷端出口分别设于冷端换热器的两个长方体的同侧另一端，温差发电器的冷端进口和冷端出口分别通过三通管与水泵出口及第一三通阀的进口相连，热端换热器和冷端换热器的内部流体的流向相反设置，热端换热器的上下两面与冷端换热器的上底面及下顶面之间的间隙中铺设有数组温差发电模块，温差发电模块分为高温模块、中温模块和低温模块，沿温差发电器的热端进口至热端出口依次排列铺设，高温模块能承受较高温度而不损坏。
本发明的工作流程为：天然气罐内的天然气在水浴加热器进行吸热、降压，然后进入天然气发动机燃烧，再经过催化转换器处理后进入温差发电器的热端换热器，最后通过消音器进入外部环境，温差发电器的冷端换热器的换热介质在水泵的驱动下循环流动，吸收热端换热器传递来的高温尾气中的热量，并与发动机冷却液在第一三通阀中汇合流入散热器中，散热后通过第二三通阀分流，一部分流回天然气发动机，一部分流入水浴加热器对天然气进行加热，然后换热介质再进入温差发电器的冷端换热器中，换热完成后再次进入散热器中，不断循环流动。
本发明具有改造成本低，运行安全可靠的优点。而且，这套装置不仅能安装在液化天然气发动机上，也能安装在压缩天然气发动机上，所以能普遍适用于市场上的所有天然气发动机，具有适用性强的优点。

Claims (4)

1.一种适用于天然气发动机的水浴加热装置，其特征在于，包括水浴加热器、温差发电器和换热介质循环装置，所述水浴加热器的进气口与天然气罐相连，出气口与天然气发动机的进气口相连，天然气发动机的排气口与所述温差发电器的热端进口相连，热端出口与消音器相连，天然气发动机的冷却液出口及温差发电器的冷端出口均与所述换热介质循环装置的进口相连，换热介质循环装置的出口分别与天然气发动机的冷却液进口及水浴加热器的换热介质进口相连，水浴加热器的换热介质出口与水泵进口相连，所述水泵出口与温差发电器的冷端进口相连。
2.根据上述权利要求1所述的一种适用于天然气发动机的水浴加热装置，其特征在于，所述换热介质循环装置包括顺次相连的第一三通阀、散热器和第二三通阀，天然气发动机的冷却液出口及温差发电器的冷端出口分别与所述第一三通阀的两个进口相连,第一三通阀的出口与所述散热器进口相连，散热器出口与所述第二三通阀的进口相连，第二三通阀的两个出口分别与天然气发动机的冷却液进口及水浴加热器的换热介质进口相连。
3.根据权利要求2所述的一种适用于天然气发动机的水浴加热装置，其特征在于，所述温差发电器包括热端换热器、冷端换热器和温差发电模块，所述热端换热器为箱体结构，所述冷端换热器由两个长方体上下对称设置在热端换热器的上下两侧，所述温差发电器的热端进口和热端出口分别设于热端换热器两端，所述温差发电器的冷端进口分别设于冷端换热器的两个长方体的同侧一端，冷端出口分别设于冷端换热器的两个长方体的同侧另一端，温差发电器的冷端进口和冷端出口分别通过三通管与所述水泵出口及所述第一三通阀的进口相连，热端换热器和冷端换热器的内部流体的流向相反设置，热端换热器的上下两面与冷端换热器的上底面及下顶面之间的间隙中铺设有数组所述温差发电模块。
4.根据权利要求3所述的一种适用于天然气发动机的水浴加热装置，其特征在于，所述温差发电模块分为高温模块、中温模块和低温模块，沿所述温差发电器的热端进口至热端出口依次排列铺设。
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