CN109973242A - 一种基于相变蓄热的发动机余热利用装置及使用方法 - Google Patents

一种基于相变蓄热的发动机余热利用装置及使用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109973242A
CN109973242A CN201910328806.6A CN201910328806A CN109973242A CN 109973242 A CN109973242 A CN 109973242A CN 201910328806 A CN201910328806 A CN 201910328806A CN 109973242 A CN109973242 A CN 109973242A
Authority
CN
China
Prior art keywords
energy
accumulation
heat
release
component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910328806.6A
Other languages
English (en)
Inventor
陈小雷
裘春华
王磊
郭江峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hudong Heavy Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hudong Heavy Machinery Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hudong Heavy Machinery Co Ltd filed Critical Hudong Heavy Machinery Co Ltd
Priority to CN201910328806.6A priority Critical patent/CN109973242A/zh
Publication of CN109973242A publication Critical patent/CN109973242A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于相变蓄热的发动机余热利用装置及使用方法，装置包括发动机、废气排气管、热交换器、蓄能泵组、蓄能罐、释能泵组和热流体利用器，在所述蓄能罐内装有多个蓄能球体，并在所述蓄能球体内填充固液相变材料，通过两个热交换流路实现从废气中能量提取再利用，相应的方法可根据热需求进行低效和高效模式切换。本余热利用装置结构简单且可模块化按需装配，且结构紧凑、安装使用成本低，余热利用高，相应的使用方法操作简单，可根据不同余热利用需求进行低效和高效模式切换。

Description

一种基于相变蓄热的发动机余热利用装置及使用方法
技术领域
本发明涉及发动机领域，尤其涉及一种基于相变蓄热的发动机余热利用装置及使用方法。
背景技术
船用低速柴油机具有功率大、体积大、废气量大及废气温度高的特点。目前最先进的船用低速柴油机的热效率为50％左右，即是说有接近一半的热能没有被直接利用而是随废气和冷却系统排入环境中。未被直接利用的热能中有50％左右是随废气直接排入环境，因此回收利用这部分能量具有很高的经济及环境价值。
目前针对船用大功率柴油机的余热利用装置主要采用通过余热锅炉或动力涡轮联合汽轮机发电的方式。但这种采用这种方式的余热利用装置系统结构复杂，设备及维护成本高，同时占用场地较多，以上缺点成为限制余热利用装置在船舶应用的主要原因。因此开发一种结构简单紧凑、安装使用成本低的新型余热利用装置有很强的实际价值。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于相变蓄热的发动机余热利用装置及使用方法。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
一种基于相变蓄热的发动机余热利用装置，包括发动机、废气排气管、热交换器、蓄能泵组、蓄能罐、释能泵组和热流体利用器。所述废气排气管与所述发动机的排气端连接，所述热交换器连接在所述废气排气管的管路上，所述热交换器、蓄能泵组和蓄能罐形成蓄能流体回路，所述蓄能罐、释能泵组和热流体利用器形成释能流体回路。
优选的，在所述蓄能罐内装有多个蓄能球体，并在所述蓄能球体内填充固液相变材料。
优选的，所述蓄能泵组包括水泵和电机构成的电泵蓄能组件，所述释能泵组包括水泵和电机构成的电泵释能组件。
优选的，所述蓄能泵组还包括水泵和排气涡轮机构成的汽轮蓄能组件，所述排气涡轮机的输入端与所述热交换器下游的废气排气管连接，所述排气涡轮机的输出轴与所述水泵驱动连接。
优选的，在所述所述蓄能泵组的排气涡轮机与所述废气排气管之间设置蓄能切换开关。
优选的，所述释能泵组还包括水泵和排气涡轮机构成的汽轮释能组件，所述排气涡轮机的输入端与所述热交换器下游的废气排气管连接，所述排气涡轮机的输出轴与所述水泵驱动连接。
优选的，在所述释能泵组的排气涡轮机与所述废气排气管之间设置释能切换开关。
优选的，所述蓄能流体回路和所述释能流体回路的流体介质为水；所述固液相变材料为石蜡。
优选的，所述发动机为船用低速大功率柴油机。
一种发动机余热利用装置的使用方法，所述发动机余热利用装置采用上述装置，方法包括：
低效蓄能，在低效蓄能阶段，释能泵组关闭，汽轮蓄能组件的蓄能切换开关开启，电泵蓄能组件关闭；
低效释能，在低效释能阶段，释能泵组的电泵释能组件关闭，汽轮释能组件的释能切换开关开启，热流体利用装置开始工作；
高效蓄能，在高效蓄能阶段，汽轮蓄能组件的蓄能切换开关开启，并开启电泵蓄能组件；
高效释能，在高效释能阶段，汽轮释能组件的释能切换开关开启，并开启电泵释能组件。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：本余热利用装置结构简单且可模块化按需装配，且结构紧凑、安装使用成本低，余热利用高，相应的使用方法操作简单，可根据不同余热利用需求进行低效和高效模式切换。
附图说明
图1为基于相变蓄热的发动机余热利用装置的一个实施例的结构示意图；
图2为发动机余热利用装置的另一实施例的结构示意图。
图中：100、发动机；1、废气排气管；2、热交换器；3、蓄能罐；4、蓄能球体；5、蓄能泵组；51、蓄能切换开关；6、释能泵组；61、释能切换开关；7、热流体利用器。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明的目的是通过回收船用低速柴油机废气余热从而提高发动机的综合能源利用效率，降低船舶的总能耗水平。
发明的原理是当发动机工作时通过回收废气的余热来熔化固液相变材料从而达到蓄热的目的，然后通过另一个热交换管路系统来利用相变材料所储存的热量。相变蓄热材料具有比热值高、放热过程近似恒温的特点，因此非常利于蓄热后的能量利用和控制。
参见图1和图2，一种基于相变蓄热的发动机余热利用装置，包括发动机100、废气排气管1、热交换器2、蓄能泵组5、蓄能罐3、释能泵组6和热流体利用器7。
废气排气管1与发动机100的排气端连接，热交换器2连接在废气排气管1的管路上，热交换器2、蓄能泵组5和蓄能罐3形成蓄能流体回路，蓄能罐3、释能泵组6和热流体利用器7形成释能流体回路。其中，蓄能流体回路和释能流体回路的流体介质为水。
进一步的，在蓄能罐3内装有多个蓄能球体4，并在蓄能球体4内填充固液相变材料。固液相变材料优选为石蜡。
实施例一
参见图1，蓄能泵组5包括水泵和电机构成的电泵蓄能组件，释能泵组6包括水泵和电机构成的电泵释能组件。
该实施例中，由电机的启停控制蓄能泵组5和释能泵组6的开启或关闭。
工作原理为：发动机100工作时废气从废气排气管1出来后经过热交换器2将废气的大部分热量传递给由蓄能泵组5提供动力循环于热交换器2和蓄能罐3之间的流体(比如水)。蓄能罐3中装有蓄能球体4，其中充满固液相变材料，如石蜡。经过热交换器2的流体吸收了废气热量后温度升高，高温流体熔化固液相变材料从而达到蓄热的目的。蓄热过程中释能泵组6的电机处于停止状态。
当需要利用蓄热时，蓄能泵组5停止工作，释能泵组6开始工作。固液相变材料放热过程中，流体由释能泵组6的水泵提供动力经过热流体利用器7来不断释放固液相变材料所存储的热量。热流体利用热流体利用器7既可以是简单的热水供应系统为船上人员供应生活用热水，也可以用于冬季船上的供暖系统。
实施例二
参见图2，在实施例一的电泵蓄能组件和电泵释能组件基础上，蓄能泵组5还包括水泵和排气涡轮机构成的汽轮蓄能组件，排气涡轮机的输入端与热交换器2下游的废气排气管1连接，排气涡轮机的输出轴与水泵驱动连接；释能泵组6还包括水泵和排气涡轮机构成的汽轮释能组件，排气涡轮机的输入端与热交换器2下游的废气排气管1连接，排气涡轮机的输出轴与水泵驱动连接。
并且，在蓄能泵组5的排气涡轮机与废气排气管1之间设置蓄能切换开关51，在释能泵组6的排气涡轮机与废气排气管1之间设置释能切换开关61。
对于上述装置，本申请还提供了一种发动机余热利用装置的使用方法，方法包括：
低效蓄能，在低效蓄能阶段，释能泵组6关闭，汽轮蓄能组件的蓄能切换开关51开启，电泵蓄能组件关闭；
低效释能，在低效释能阶段，释能泵组6的电泵释能组件关闭，汽轮释能组件的释能切换开关61开启，热流体利用装置开始工作；
高效蓄能，在高效蓄能阶段，汽轮蓄能组件的蓄能切换开关51开启，并开启电泵蓄能组件；
高效释能，在高效释能阶段，汽轮释能组件的释能切换开关61开启，并开启电泵释能组件。
该申请的发动机100为船用低速大功率柴油机，对于其他有余热利用需求的发动机同样适应。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上诉教导，可以进行很多改变及变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变，即根据以上描述的技术方案以及构思，本领域的技术人员能够做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于相变蓄热的发动机余热利用装置，包括发动机(100)、废气排气管(1)、热交换器(2)、蓄能泵组(5)、蓄能罐(3)、释能泵组(6)和热流体利用器(7)，其特征在于：所述废气排气管(1)与所述发动机(100)的排气端连接，所述热交换器(2)连接在所述废气排气管(1)的管路上，所述热交换器(2)、蓄能泵组(5)和蓄能罐(3)形成蓄能流体回路，所述蓄能罐(3)、释能泵组(6)和热流体利用器(7)形成释能流体回路。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：在所述蓄能罐(3)内装有多个蓄能球体(4)，并在所述蓄能球体(4)内填充固液相变材料。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述蓄能泵组(5)包括水泵和电机构成的电泵蓄能组件，所述释能泵组(6)包括水泵和电机构成的电泵释能组件。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述蓄能泵组(5)还包括水泵和排气涡轮机构成的汽轮蓄能组件，所述排气涡轮机的输入端与所述热交换器(2)下游的废气排气管(1)连接，所述排气涡轮机的输出轴与所述水泵驱动连接。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：在所述所述蓄能泵组(5)的排气涡轮机与所述废气排气管(1)之间设置蓄能切换开关(51)。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述释能泵组(6)还包括水泵和排气涡轮机构成的汽轮释能组件，所述排气涡轮机的输入端与所述热交换器(2)下游的废气排气管(1)连接，所述排气涡轮机的输出轴与所述水泵驱动连接。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：在所述释能泵组(6)的排气涡轮机与所述废气排气管(1)之间设置释能切换开关(61)。
8.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述蓄能流体回路和所述释能流体回路的流体介质为水；所述固液相变材料为石蜡。
9.根据权利要求1-8任一项所述的装置，其特征在于：所述发动机(100)为船用低速大功率柴油机。
10.一种发动机余热利用装置的使用方法，所述发动机余热利用装置采用权利要7所述的装置，其特征在于，方法包括：
低效蓄能，在低效蓄能阶段，释能泵组(6)关闭，汽轮蓄能组件的蓄能切换开关(51)开启，电泵蓄能组件关闭；
低效释能，在低效释能阶段，释能泵组(6)的电泵释能组件关闭，汽轮释能组件的释能切换开关(61)开启，热流体利用装置开始工作；
高效蓄能，在高效蓄能阶段，汽轮蓄能组件的蓄能切换开关(51)开启，并开启电泵蓄能组件；
高效释能，在高效释能阶段，汽轮释能组件的释能切换开关(61)开启，并开启电泵释能组件。
CN201910328806.6A 2019-04-23 2019-04-23 一种基于相变蓄热的发动机余热利用装置及使用方法 Pending CN109973242A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910328806.6A CN109973242A (zh) 2019-04-23 2019-04-23 一种基于相变蓄热的发动机余热利用装置及使用方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910328806.6A CN109973242A (zh) 2019-04-23 2019-04-23 一种基于相变蓄热的发动机余热利用装置及使用方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109973242A true CN109973242A (zh) 2019-07-05

Family

ID=67085845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910328806.6A Pending CN109973242A (zh) 2019-04-23 2019-04-23 一种基于相变蓄热的发动机余热利用装置及使用方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109973242A (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101614163A (zh) * 2008-06-24 2009-12-30 管理 车船发动机余热锅炉及微冷凝低压发电装置
CN102787943A (zh) * 2012-08-30 2012-11-21 中国科学院广州能源研究所 一种应用有机工质为冷却液的发动机余热回收利用系统
CN102787944A (zh) * 2011-05-18 2012-11-21 J·埃贝斯佩歇合资公司 废热利用装置
WO2014096895A1 (en) * 2012-12-19 2014-06-26 Renault Tracks Engine arrangement comprising a waste heat recovery system with a downstream heat storage device
EP2824302A1 (de) * 2013-07-08 2015-01-14 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und System zur Wärmeübertragung für ein Fahrzeug
GB201713612D0 (en) * 2017-08-24 2017-10-11 Jaguar Land Rover Ltd Waste heat recovery and storage system
KR20180061989A (ko) * 2016-11-30 2018-06-08 현대자동차주식회사 차량의 열 관리 시스템 및 방법
CN108895587A (zh) * 2018-08-14 2018-11-27 中节能城市节能研究院有限公司 一种串并联热泵双蓄供能系统
CN209959368U (zh) * 2019-04-23 2020-01-17 沪东重机有限公司 一种基于相变蓄热的发动机余热利用装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101614163A (zh) * 2008-06-24 2009-12-30 管理 车船发动机余热锅炉及微冷凝低压发电装置
CN102787944A (zh) * 2011-05-18 2012-11-21 J·埃贝斯佩歇合资公司 废热利用装置
CN102787943A (zh) * 2012-08-30 2012-11-21 中国科学院广州能源研究所 一种应用有机工质为冷却液的发动机余热回收利用系统
WO2014096895A1 (en) * 2012-12-19 2014-06-26 Renault Tracks Engine arrangement comprising a waste heat recovery system with a downstream heat storage device
EP2824302A1 (de) * 2013-07-08 2015-01-14 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und System zur Wärmeübertragung für ein Fahrzeug
KR20180061989A (ko) * 2016-11-30 2018-06-08 현대자동차주식회사 차량의 열 관리 시스템 및 방법
GB201713612D0 (en) * 2017-08-24 2017-10-11 Jaguar Land Rover Ltd Waste heat recovery and storage system
CN108895587A (zh) * 2018-08-14 2018-11-27 中节能城市节能研究院有限公司 一种串并联热泵双蓄供能系统
CN209959368U (zh) * 2019-04-23 2020-01-17 沪东重机有限公司 一种基于相变蓄热的发动机余热利用装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112855293B (zh) 集成储热的工业供汽热电联产调峰调频系统及运行方法
CN111140296B (zh) 一种火电机组熔盐梯级储放能调峰系统及方法
CN108548168A (zh) 一种利用主蒸汽加热的火电厂熔盐蓄热调峰系统
CN104266174A (zh) 一种采用导热油传热的储能式清洁能源过热蒸汽锅炉及其制备过热蒸汽的方法
CN212902702U (zh) 一种炼钢转炉烟气余热回收系统
CN113339775A (zh) 一种基于锅炉侧储热的火电深度调峰系统及调峰方法
CN203717051U (zh) 联合循环低温余热回收装置
CN114992613A (zh) 一种蒸汽-熔融盐耦合的储能深度调峰系统
CN113390074A (zh) 一种火电厂蓄热发电调峰调频系统及工作方法
CN205783981U (zh) 一种主动蓄能调控的分布式能源系统
CN215676608U (zh) 一种熔盐储能电力调峰系统
CN203271834U (zh) 布列顿-蒸汽朗肯-氨蒸汽朗肯联合循环发电装置
CN109826684B (zh) 一种可高效利用低温冷能的低压型有机朗肯循环发电系统
CN109973242A (zh) 一种基于相变蓄热的发动机余热利用装置及使用方法
CN201246193Y (zh) 利用太阳能及空气热能提取技术蓄热发电的装置
CN209959368U (zh) 一种基于相变蓄热的发动机余热利用装置
CN215372401U (zh) 一种基于锅炉侧储热的火电深度调峰系统
CN109869205A (zh) 一种用于热电联产机组的储热、发电和供热系统
CN215174935U (zh) 一种火电厂高低温储热调峰系统
CN210799058U (zh) 一种汽水双压余热发电系统
CN219081706U (zh) 垃圾焚烧及燃气-蒸汽联合发电系统
CN217928700U (zh) 一种蒸汽-熔融盐耦合的储能深度调峰系统
CN216077242U (zh) 火电机组的储热调峰装置、火电机组和发电系统
CN219220536U (zh) 一种高温储热式水轮机、汽轮机热电联供系统
CN203744787U (zh) 高效大容量中高温储热换热器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination