CN105909401B - 一种可变传热面积实时调节温差发电功率匹配负载的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可变传热面积实时调节温差发电功率匹配负载的方法，属于发动机技术领域，本发明的方法是通过检测发动机工况及发电机产生的功率，判断发电机功率与用电负载功率的大小，通过调整发电机受热面积，改变发电机受热温度，改变尾气进口流量，以及尾气的利用率，进而改变发电机产生的功率，使其与用电负载功率匹配。本发明充分利用了发动机的余热能，提高了燃料的利用率，本发明根据用电负载情况实时调节发电机的换热面积，可以降低发动机上发电机的功率，降低发动机附件的损失，从而进一步提高发动机的效率；控制系统逻辑好，性能稳定可靠，节能效果好。

Description

一种可变传热面积实时调节温差发电功率匹配负载的方法
技术领域
本发明涉及一种温差发动机，尤其涉及一种可变传热面积实时调节温差发电功率匹配负载的方法，属于发动机技术领域。
背景技术
能源危机和环境污染是21世纪的重要的世界难题，每年石油等能源大部分被燃机消耗掉，但发动机广泛的应用于各行各业，作为城市交通的动力、工程机械的动力、农业机械动力、航海船舶的动力，因此怎样提高发动机的效率，降低石油资源的消耗，响应国家节能减排的号召。
发动机消耗的能量，在一定的工况条件下，可以大致的分成三部分，一部分转化为有用功，即有效效率，约为30％；一部分传热损失掉，约为35％；一部分以排气余热能带走，约为35％；这是在一定的工况下，有效效率才能达到30％，在绝大部分的工况下，发动机的效率低于30％，大部分能量被排气，传热等热量带走，白白耗散掉；而排气是一种较高品位的能，利用的潜力比较大，因此，国内外发明了不少回收发动机尾气余热的装置与方法，有采用朗肯循环回收，有采用蒸汽蜗轮回收余热，有采用温差发电片组回收；其中较为实用的是采用温差发电片组的方式回收发动机尾气余热能，温差发电产生的电能可以给蓄电池充电，或者供汽车其他耗电负载使用，不仅回收了发动机的余热能，提高了石油资源的利用率；同时，减少了石油资源的消耗；而且可以降低发动机上发电机的功率，降低发动机附件的损失，从而进一步提高发动机的效率。
但现在采用的温差发电装置，发电的功率只能根据发动机的转速与负荷的变化而变化，当发动机工况发生变化的时候，温差发电的功率也发生了变化，但是用电负载的功率不变，这样就会对负载造成影响，有时，温差发电的功率高，用电负载就处于超额定功率的工作状态，长时间工作在超额定工况下，会对降低负载的使用寿命；有时温差发电功率较低，用电负载就处于小于额定功率的工作状态，虽然对负载寿命无影响，但是长期处于低于额定功率下，温差发电装置就没有起到作用，成为了一种摆设。
发明内容
为克服现有技术中存在的温差发电功率与用电负载功率不匹配技术问题，本发明提供一种可变传热面积实时调节温差发电功率匹配负载的方法。
本发明的具体技术方案是一种可变传热面积实时调节温差发电功率匹配负载的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一，检测发动机工况及发电机产生的功率，所述发动机工况包括转速、节气门位置及用电负载功率，并将发电机产生的功率与用电负载功率做比较；
步骤二，当检测到的发电机产生的功率与用电负载功率一致时，发电机参数不变；
步骤三，当检测到的发电机产生的功率小于用电负载功率时，通过增大发电机受热面积，提高受热温度，提高发电机功率，提高尾气进口流量，对尾气二次利用，增大尾气余热能的利用率，再次提高发电机功率，直至发电机产生的功率与用电负载功率一致；
步骤四，当检测到的发电机产生的功率大于用电负载功率时，通过减小发电机受热面积，降低受热温度，减小尾气进口流量，降低发电机功率，直至发电机产生的功率与用电负载功率一致。
更进一步地，所述步骤三中增大发电机受热面积是通过伸长传热片长度实现的，步骤如下：
S1、电子控制单元关闭第一和第二传热片液压油回油泵，打开第三传热片液压油回油泵，
S2、打开第一和第二传热片液压泵，
S3、打开第一和第二传热片液压电磁阀，
S4、第二传热片开始伸长；
S5、当所有第二传热片都伸长后，发电机产生的功率仍不足时，电子控制单元关闭所有传热片液压油回油泵，打开所有传热片液压泵，打开所有液压电磁阀，打开尾气二次利用电磁阀，增大尾气进口的流量，电子控制单元根据用电负载功率的大小计算匹配第三传热片的伸长长度，第三传热片开始伸长。
更进一步地，所述步骤四中减小发电机受热面积是通过缩短传热片实现的，由电子控制单元逐步开启传热片液压油回油泵，对传热片泄压，使传热片逐步缩短。
本发明的优点在于：
本发明通过尾气的二次利用，充分利用了发动机的余热能，对发动机尾气进行余热回收，提高燃料的利用率；本发明根据发动机的工况以及用电负载情况实时调节传热片的换热面积，可以降低发动机上发电机的功率，降低发动机附件的损失，从而进一步提高发动机的效率；控制系统逻辑好，性能稳定可靠，节能效果好。
附图说明
图1是本发明可变传热面积实时调节温差发电功率匹配负载的装置第一传热片15工作图；
图2是本发明装置中第一传热片15工作时蜂窝片4的剖视图；
图3是本发明装置中第二传热片36工作图；
图4是本发明装置中第二传热片36工作时蜂窝片4的剖视图；
图5是本发明装置中第三传热片37工作图；
图6是本发明装置中第三传热片37工作时蜂窝片4的剖视图。
其中：1-尾气进口，2-螺栓孔，3-尾气二次利用出口，4-蜂窝片，4-1蜂窝小孔，4-2蜂窝主孔，5-冷却液出口，6-冷却液温度传感器，7-温差发电片组，8-冷却液循环体，9-尾气二次利用电磁阀，10-尾气二次利用导管，11-冷却液进口，12-尾气二次利用出口，13-尾气出口，14-尾气出口温度传感器，15-第一传热片，16-第一传热片液压管，17-第二传热片液压管，18-第三传热片液压管，19-第三传热片液压电磁阀，20-第三传热片液压泵，21-第二传热片液压电磁阀，22-第二传热片液压泵，23-第一传热片液压电磁阀，24-第一传热片液压油回油泵，25-第一传热片液压泵，26-第一传热片液压油回油管，27-液压油进口，28-液压油泄压口，29-液压油放油口，30-第二传热片液压油回油管，31-第二传热片液压油回油泵，32-第三传热片液压油回油管，33-第三传热片液压油回油泵，34-尾气进口温度传感器，35-电子控制单元，36第二传热片，37-第三传热片，38-用电负载功率信号，39-液压油箱,40-转速信号，41-节气门位置信号。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明可变传热面积实时调节温差发电功率匹配负载的方法，包括如下步骤：
第一步，检测发动机工况及发电机产生的功率，发动机工况包括转速、节气门位置及用电负载功率，并将发电机产生的功率与用电负载功率做比较；
第二步，当检测到的发电机产生的功率与用电负载功率一致时，发电机参数不变；
第三步，当检测到的发电机产生的功率小于用电负载功率时，通过增大发电机受热面积，提高受热温度，提高发电机功率，提高尾气进口流量，对尾气二次利用，增大尾气余热能的利用率，提高发电机功率，直至发电机产生的功率与用电负载功率一致；
第四步，当检测到的发电机产生的功率大于用电负载功率时，通过减小发电机受热面积，降低受热温度，减小尾气进口流量，降低发电机功率，直至发电机产生的功率与用电负载功率一致。
下面通过具体的实施例，来实现上述可变传热面积实时调节温差发电功率匹配负载的方法。
如图1所示，本实施例的装置，包括：尾气进口1、螺栓孔2、尾气二次利用出口3、蜂窝片4、冷却液出口5、冷却液温度传感器6、温差发电片组7、冷却液循环体8、尾气二次利用电磁阀9、尾气二次利用导管10、冷却液进口11、尾气二次利用进口12、尾气出口13、尾气出口温度传感器14、第一传热片15、第一传热片液压管16、第二传热片液压管17、第三传热片液压管18、第三传热片液压电磁阀19、第三传热片液压泵20、第二传热片液压电磁阀21、第二传热片液压泵22、第一传热片液压电磁阀23、第一传热片液压油回油泵24、第一传热片液压泵25、第一传热片液压油回油管26、液压油进口27、液压油泄压口28、液压油放油口29、第二传热片液压油回油管30、第二传热片液压油回油泵31、第三传热片液压油回油管32、第三传热片液压油回油泵33、尾气进口温度传感器34、电子控制单元35、第二传热片36(见图3)、第三传热片37(见图5)、液压油箱39。
本实施例的装置通过螺栓孔2螺栓连接在发动机排气管三效催化剂后，如图1所示，尾气进口1与发动机排气管三效催化剂出口连接,尾气出口13与排气管螺栓连接,尾气二次利用出口3与尾气二次利用进口12分别设在尾气二次利用导管10两端，尾气二次利用出口3与尾气进口1通过焊接连接，尾气二次利用进口12与尾气出口13焊接连接，尾气二次利用电磁阀9安装在尾气二次利用导管10里；蜂窝片4通过焊接固定在总装置内壁面上，外边缘形状与装置内壁相适应，蜂窝片4上面有多个蜂窝小孔4-1和一个蜂窝主孔4-2(见图2)，蜂窝小孔可以是2个、6个、10个等，蜂窝小孔4-1围绕蜂窝主孔4-2设置，；温差发电片组7安装在冷却液循环体8与总装置表面之间，温差发电片组7具有冷端和热端，其冷端与冷却液循环体8贴合，其热端与总装置表面贴合，温差发电片组7的热端设有传热片组，传热片组安装在总装置的内壁面上，传热片组吸收尾气中的热量，并将热量传给温差发电片组7的热端，第一传热片15、第二传热片36、第三传热片37呈梯次关系构成传热片组，所述的传热片的梯次关系是指：第二传热片36可变伸缩式置于第一传热片15内,第三传热片37可变伸缩式置于第二传热片36内,当第一传热片(15)不足以提高发电机功率时，第二传热片(36)开始伸长，当第二传热片(36)完全伸长不足以提高发电机功率时，第三传热片(37)开始伸长，当传热片收缩时，顺序相反，即第三传热片(37)完全收缩进第二传热片(36)后，第二传热片(36)开始收缩直至完全收缩进第一传热片(15)内，本例中该装置拥有多个传热片组，通过蜂窝片4间隔设置；冷却液循环体8对温差发电片组7的冷端进行冷却，使其温度保持在20℃，冷却液循环体8一端设有冷却液出口5和冷却液温度传感器6，靠近尾气进口1端，冷却液温度传感器6通过螺纹安装在冷却液循环体8上，冷却液循环体8的另一端设有冷却液进口11，靠近尾气出口13端，冷却液循环体8与温差发电片组7通过螺栓固定；第一传热片液压管16通过第一传热片液压电磁阀23与所有第一传热片15通过管路连接，第一传热片液压油回油泵24通过管道与第一传热片液压管16连接，第一传热片液压油回油管26通过管道与液压油箱39和第一传热片液压油回油泵24连接；第二传热片液压管17通过第二传热片液压电磁阀21与所有第二传热片36通过管路连接，第二传热片液压油回油泵31通过管道与第二传热片液压管17连接，第二传热片液压油回油管30通过管道与液压油箱39和第二传热片液压油回油泵31连接；第三传热片液压管18通过第三传热片液压电磁阀19与所有第三传热片37通过管路连接，第三传热片液压油回油泵33通过管道与第三传热片液压管18连接，第三传热片液压油回油管32通过管道与液压油箱39和第三传热片液压油回油泵33连接；第一传热片液压泵25，第二传热片液压泵22，第三传热片液压泵20通过液压油进口管道与液压油箱39连接，传热片液压泵25、22、20通过管道分别与传热片液压电磁阀23、21、19连接；液压油进口27与液压油进口管道连接，置于液压油箱39内，液压油泄压口28位于液压油箱39上部，液压油放油口29位于液压油箱39底部；尾气进口温度传感器34通过螺纹安装在总装置尾气进口1上；尾气出口温度传感器14通过螺纹安装在总装置尾气出口13上。
如图1所示，用电负载功率信号38、转速信号40、节气门位置信号41、尾气二次利用电磁阀9、冷却液温度传感器6、温差发电片组7、尾气进口温度传感器34、尾气出口温度传感器14、第一传热片液压油回油泵24、第二传热片液压油回油泵31、第三传热片液压油回油泵33、第一传热片液压电磁阀23、第二传热片液压电磁阀21、第三传热片液压电磁阀19、第一传热片液压泵25、第二传热片液压泵22、第三传热片液压泵20与电子控制单元35连接，并将各自的反馈信号输出至电子控制单元35，其中用电负载功率信号38、转速信号40和节气门位置信号41反馈的是发动机工况信息，电子控制单元35实时采集各信号并对其进行处理，根据处理结果输出信号控制尾气二次利用电磁阀9、第一传热片液压油回油泵24、第二传热片液压油回油泵31、第三传热片液压油回油泵33、第一传热片液压电磁阀23、第二传热片液压电磁阀21、第三传热片液压电磁阀19、第一传热片液压泵25、第二传热片液压泵22、第三传热片液压泵20的开启与关断，在各部件动作时，电子控制单元35利用液压油通过第二传热片液压管17控制第二传热片36的伸缩，利用液压油通过第三传热片液压管18控制第三传热片37的伸缩。
当用电负载功率信号38、转速信号40、节气门位置信号41、尾气二次利用电磁阀9、冷却液温度传感器6、温差发电片组7、尾气进口温度传感器34、尾气出口温度传感器14、第一传热片液压油回油泵24、第二传热片液压油回油泵31、第三传热片液压油回油泵33、第一传热片液压电磁阀23、第二传热片液压电磁阀21、第三传热片液压电磁阀19、第一传热片液压泵25、第二传热片液压泵22、第三传热片液压泵20的信号被电子控制单元35采集，检测到发动机的工况为低速低负荷工况、用电负载为低功率、温差发电片组7产生的功率与用电负载功率信号38一致时,即当温差发电片组7产生的功率等于用电负载功率信号38时，尾气二次利用电磁阀9关闭，第一传热片液压油回油泵24打开，第二传热片液压油回油泵31打开，第三传热片液压油回油泵33打开，液压油回到液压油箱39中，第一传热片液压电磁阀23关闭，第二传热片液压电磁阀21关闭，第三传热片液压电磁阀19关闭，第一传热片液压泵25关闭，第二传热片液压泵22关闭，第三传热片液压泵20关闭；当电子控制单元35检测到用电负载功率信号38变大，即温差发电片组7产生的功率小于用电负载功率信号38时，电子控制单元35关闭第一传热片液压油回油泵24和第二传热片液压油回油泵31，第三传热片液压油回油泵33打开，第一传热片液压泵25打开，第二传热片液压泵22打开，第一传热片液压电磁阀23打开，第二传热片液压电磁阀21打开；如图3和图4所示，所有第二传热片36开始向装置内伸长，增大与高温废气流量的接触面积，提高传热片的温度，提高温差发电片组7热端的温度，提高温差发电片组7的温差，从而提高温差发电片组7的功率；第二传热片36的伸长长度与用电负载功率信号38的大小通过电子控制单元35计算匹配；当用电负载功率信号38继续变大时，此时温差发电片组7的功率不足；即温差发电片组7产生的功率小于用电负载功率信号38时，在所有第二传热片36伸长时，温差发电片组7的温差不足够提高温差发电功率时，电子控制单元35关闭第一传热片液压油回油泵24、第二传热片液压油回油泵31和第三传热片液压油回油泵33；打开第一传热片液压泵25、第二传热片液压泵22、第三传热片液压泵20、第一传热片液压电磁阀23、第二传热片液压电磁阀21和第三传热片液压电磁阀19，尾气二次利用电磁阀9也打开，对尾气余温进行重利用；增大尾气进口1的流量；如图5和图6所示；所有第二传热片36已经伸长到最大值，所有第三传热片37开始向装置内伸长，增大与高温废气流量的接触面积，提高传热片的温度，提高温差发电片组7热端的温度，提高温差发电片组7的温差，从而提高温差发电片组7的功率；第三传热片37的伸长长度与用电负载功率信号38的大小通过电子控制单元35计算匹配；当用电负载功率信号38降低时，即温差发电片组7产生的功率大于用电负载功率信号38时,电子控制单元35控制传热片液压油回油泵的开启，实现传热片泄压，传热片缩短，减少与尾气余热的接触面积，降低温差发电片组7的温差，从而降低温差发电片组7的功率，实现与负载功率的匹配。
当用电负载功率信号38、转速信号40、节气门位置信号41、尾气二次利用电磁阀9、冷却液温度传感器6、温差发电片组7、尾气进口温度传感器34、尾气出口温度传感器14、第一传热片液压油回油泵24、第二传热片液压油回油泵31、第三传热片液压油回油泵33、第一传热片液压电磁阀23、第二传热片液压电磁阀21、第三传热片液压电磁阀19、第一传热片液压泵25、第二传热片液压泵22、第三传热片液压泵20的信号被电子控制单元35采集，检测到发动机的工况为中速中负荷工况、用电负载为低功率时，温差发电片组7产生的功率与用电负载功率信号38一致或者不一致时，装置内各部件的开关动作与发动机在低速低负荷工况下的相应状态的各部件开关动作相同，在此不再详述。
当用电负载功率信号38、转速信号40、节气门位置信号41、尾气二次利用电磁阀9、冷却液温度传感器6、温差发电片组7、尾气进口温度传感器34、尾气出口温度传感器14、第一传热片液压油回油泵24、第二传热片液压油回油泵31、第三传热片液压油回油泵33、第一传热片液压电磁阀23、第二传热片液压电磁阀21、第三传热片液压电磁阀19、第一传热片液压泵25、第二传热片液压泵22、第三传热片液压泵20的信号被电子控制单元35采集，检测到发动机的工况为高速高负荷工况、用电负载为低功率时，温差发电片组7产生的功率与用电负载功率信号38一致或者不一致时，装置内各部件的开关动作与发动机在低速低负荷工况下的相应状态的各部件开关动作相同，在此不再详述。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (3)

1.一种可变传热面积实时调节温差发电功率匹配负载的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一，检测发动机工况及发电机产生的功率，所述发动机工况包括转速、节气门位置及用电负载功率，并将发电机产生的功率与用电负载功率做比较；
步骤二，当检测到的发电机产生的功率与用电负载功率一致时，发电机参数不变；
步骤三，当检测到的发电机产生的功率小于用电负载功率时，通过增大发电机受热面积，提高受热温度，提高发电机功率，提高尾气进口流量，对尾气二次利用，增大尾气余热能的利用率，再次提高发电机功率，直至发电机产生的功率与用电负载功率一致；
步骤四，当检测到的发电机产生的功率大于用电负载功率时，通过减小发电机受热面积，降低受热温度，减小尾气进口流量，降低发电机功率，直至发电机产生的功率与用电负载功率一致。
2.根据权利要求1所述的可变传热面积实时调节温差发电功率匹配负载的方法，其特征在于，所述步骤三中增大发电机受热面积是通过伸长传热片长度实现的，步骤如下：
S1、电子控制单元关闭第一和第二传热片液压油回油泵，打开第三传热片液压油回油泵，
S2、打开第一和第二传热片液压泵，
S3、打开第一和第二传热片液压电磁阀，
S4、第二传热片开始伸长；
S5、当所有第二传热片都伸长后，发电机产生的功率仍不足时，电子控制单元关闭所有传热片液压油回油泵，打开所有传热片液压泵，打开所有液压电磁阀，打开尾气二次利用电磁阀，增大尾气进口的流量，电子控制单元根据用电负载功率的大小计算匹配第三传热片的伸长长度，第三传热片开始伸长。
3.根据权利要求1所述的可变传热面积实时调节温差发电功率匹配负载的方法，其特征在于，所述步骤四中减小发电机受热面积是通过缩短传热片实现的，由电子控制单元逐步开启传热片液压油回油泵，对传热片泄压，使传热片逐步缩短。
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