專利名稱：車、船發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢熱回收節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用機(jī)動(dòng)車、船排放的廢熱的發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)，是一種動(dòng)力機(jī)械，它是通過(guò)使燃料在機(jī)器內(nèi)部燃燒，并將其放出的熱能直接轉(zhuǎn)換為動(dòng)力的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。通常所說(shuō)的內(nèi)燃機(jī)是指活塞式內(nèi)燃機(jī)?；钊絻?nèi)燃機(jī)以往復(fù)活塞式最為普遍?；钊絻?nèi)燃機(jī)將燃料和空氣混合，在其氣缸內(nèi)燃燒，釋放出的熱能使氣缸內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)猓細(xì)馀蛎浲苿?dòng)活塞作功，再通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)或其他機(jī)構(gòu)將機(jī)械功輸出，驅(qū)動(dòng)從動(dòng)機(jī)械工作。常見(jiàn)的有柴油機(jī)和汽油機(jī)。在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，熱效率是燃料燃燒后用于做功的那部分熱量與所產(chǎn)生的總熱量之比。燃料完全燃燒產(chǎn)生的熱量沒(méi)有全部轉(zhuǎn)化為有用功，只有少部分熱量參與推動(dòng)活塞、帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，其余熱量一部分被發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系帶走，一部分以排氣方式排到大氣中去了，叫做排氣損失，約占總能量的40%左右。因此，內(nèi)燃機(jī)的熱效率很低，即使是高性能的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，其熱效率也不到30%。也就是說(shuō)，燃料燃燒產(chǎn)生的有用能量只有不到1/3被有效利用，有超過(guò)2/3的熱量被浪費(fèi)掉了。而發(fā)動(dòng)機(jī)本身的熱效率很難大幅度提高，因?yàn)檫@些過(guò)多的熱量如果不被排出就會(huì)將發(fā)動(dòng)機(jī)自身熔化。舉例一臺(tái)普通的排量1. 6升JETTA車，發(fā)動(dòng)機(jī)有用功率約為60Kw，占燃料燃燒功率的30%，那燃料燃燒產(chǎn)生的功率約為200Kw，排氣廢熱功率約占燃料燃燒產(chǎn)生的功率的 40%，那就約為80Kw。由此可見(jiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱功率比發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的有用功率還要大。外燃機(jī)是一種外燃的閉式循環(huán)往復(fù)活塞式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，有別于依靠燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒獲得動(dòng)力的內(nèi)燃機(jī)。新型外燃機(jī)使用氫氣作為工質(zhì)，在封閉的氣缸內(nèi)充有一定容積的工質(zhì)，氣缸一端為熱腔，另一端為冷腔，工質(zhì)在低溫冷腔中壓縮，然后流到高溫?zé)崆恢醒杆偌訜?，膨脹做功。燃料在氣缸外的燃燒室?nèi)連續(xù)燃燒，通過(guò)加熱器傳給工質(zhì)，工質(zhì)不直接參與燃燒，也不更換。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)就是一種外燃發(fā)動(dòng)機(jī)，這種發(fā)動(dòng)機(jī)是倫敦的牧師羅巴特·斯特林 (Robert Stirling)于1816年發(fā)明的，所以命名為“斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)”(Stirling engine) 0 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是獨(dú)特的熱機(jī)，因?yàn)樗麄兝碚撋系男蕩缀醯扔诶碚撟畲笮?，稱為卡諾循環(huán)效率。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是通過(guò)氣體受熱膨脹、遇冷壓縮而產(chǎn)生動(dòng)力的，使燃料連續(xù)地燃燒， 蒸發(fā)的膨脹氫氣(或氦)作為動(dòng)力氣體使活塞運(yùn)動(dòng)，膨脹氣體在冷氣室冷卻，反復(fù)地進(jìn)行這樣的循環(huán)過(guò)程。但是，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)還有許多問(wèn)題要解決，例如膨脹室、壓縮室、加熱器、冷卻室、再生器等的成本高，熱量損失是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的2-3倍等。所以，還不能成為大批量使用的發(fā)動(dòng)機(jī)。斯特林循環(huán)由來(lái)自外部熱源加熱的等溫膨脹、工質(zhì)傳熱給回?zé)崞鞯牡润w積回?zé)帷?向外部冷源排熱的等溫壓縮和回?zé)崞鞣祷貍鳠峤o工質(zhì)的等體積回?zé)崴膫€(gè)熱力過(guò)程組成的熱氣機(jī)的理想熱力循環(huán)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的回收發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱能源，一個(gè)巨大且尚未開(kāi)發(fā)利用的能源，使之轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。發(fā)出大量的電可以用來(lái)夏季帶動(dòng)空調(diào)，使用空調(diào)就不需要再消耗發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率了 ；可以冬天取暖，冬季車、船上可以加裝更多的用電取暖的設(shè)備，安全方便，提高車、船內(nèi)溫度；還可以用電驅(qū)動(dòng)車輛，構(gòu)成混合動(dòng)力汽車，行駛中可以節(jié)約大量的燃油。此裝置可以非常容易的加裝到車、船的發(fā)動(dòng)機(jī)艙中，體積小，僅需要對(duì)現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管做梢微改動(dòng)，把此裝置的廢熱散熱器段串聯(lián)在排氣管中。不影響現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)的保養(yǎng)維護(hù)，不影響現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率。本發(fā)明的原理發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱溫度約600-700攝氏度，室外溫度約-25攝氏度-38 攝氏度，無(wú)論冬天還是夏天發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱溫度與空氣氣溫形成很大溫差，利用溫差驅(qū)使本裝置熱機(jī)部分工作，熱機(jī)部分的原理類似于外燃機(jī)斯特林熱機(jī)的原理，工作物質(zhì)在內(nèi)部封閉循環(huán)，但不同于使用氣體工質(zhì)的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，本裝置使用相變工質(zhì)，在封閉的循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)充有一定容積的相變工質(zhì)，系統(tǒng)一端為熱腔，另一端為冷腔，相變工質(zhì)在低溫冷腔中冷凝， 由氣相變成液相，放出熱，然后被轉(zhuǎn)移到高溫?zé)崆恢形諢幔谎杆偌訜?，變成氣相，膨脹做功，然后轉(zhuǎn)移到冷腔中。相變工質(zhì)在相變時(shí)可以吸收或釋放大量的熱，所以相變工質(zhì)可以大吞吐量的進(jìn)行熱交換。發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱在裝置熱腔端連續(xù)供熱，通過(guò)釋熱器傳給工質(zhì)，工質(zhì)不參與燃燒，也不更換。熱機(jī)部分把廢熱轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，然后再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。本發(fā)明主要由熱機(jī)部分和發(fā)電部分組成熱機(jī)部分組成主要有曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)、吸熱系統(tǒng)、缸體和缸蓋、起動(dòng)裝置等。發(fā)電部分是啟動(dòng)-發(fā)電機(jī)，集成發(fā)電調(diào)節(jié)系統(tǒng)，兼具啟動(dòng)功能和發(fā)電功能。本發(fā)明主要優(yōu)點(diǎn)回收發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱作為熱源，資源廣闊；利用相變物質(zhì)作為工質(zhì)， 熱吞吐量大，可以做到體積小，功率大；可裝在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)，僅需改動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管段，現(xiàn)有車船都可以加裝此裝置；回收廢熱轉(zhuǎn)變成電能后，使用方便，可實(shí)現(xiàn)多用途。


附圖為車、船發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)示意圖。其中1、配氣機(jī)構(gòu)2、工質(zhì)噴射器3、廢熱散熱器4、廢熱進(jìn)氣管5、廢熱出氣管6、保溫層7、活塞8、汽缸9、曲柄連桿機(jī)構(gòu)10、工質(zhì)泵11、工質(zhì)散熱器12、壓力調(diào)節(jié)罐13、啟動(dòng)-發(fā)電機(jī)14、聯(lián)軸節(jié)15傳動(dòng)皮帶。
具體實(shí)施例方式車、船發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的廢熱從廢熱進(jìn)氣管4進(jìn)入，經(jīng)過(guò)廢熱散熱器3后從廢熱出氣管 5排出，3、4、5是連接在一起的。廢熱散熱器3在汽缸8內(nèi)釋放大量的熱能，汽缸8外層設(shè)置有保溫層6，此時(shí)，啟動(dòng)啟動(dòng)-發(fā)電機(jī)13，它與曲軸相連，帶動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)9開(kāi)始旋轉(zhuǎn)， 并帶動(dòng)活塞7向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞7處于上止點(diǎn)時(shí)，工質(zhì)噴射器2向汽缸8內(nèi)噴射液態(tài)石油醚工質(zhì)，2在汽缸的頭部，靠近3的位置，液態(tài)石油醚工質(zhì)呈霧狀，遇到溫度很高的廢熱散熱器 3，吸收大量熱量，實(shí)現(xiàn)由液相向氣相的轉(zhuǎn)變，迅速汽化，體積急劇膨脹，壓力增大，推動(dòng)活塞7向下運(yùn)動(dòng)，對(duì)外做功，配氣機(jī)構(gòu)1與曲軸通過(guò)皮帶15傳動(dòng)，當(dāng)活塞7到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)，配氣機(jī)構(gòu)1內(nèi)排氣門打開(kāi)，然后活塞7開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)，汽化的石油醚工質(zhì)隨著活塞7向上運(yùn)動(dòng)被排出汽缸8，進(jìn)入工質(zhì)散熱器11，當(dāng)活塞7運(yùn)動(dòng)到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，配氣機(jī)構(gòu)1中排氣門關(guān)閉。工質(zhì)噴射器2再次噴射液態(tài)工質(zhì)，開(kāi)始新的循環(huán)工作過(guò)程，就這樣周而復(fù)始。排出的氣態(tài)工質(zhì)進(jìn)入到工質(zhì)散熱器11后，迅速散出大量的熱，溫度下降，實(shí)現(xiàn)由氣相向液相的轉(zhuǎn)變，快速液化，壓力降低，最后回流到工質(zhì)泵10中，工質(zhì)泵10受曲軸控制，在活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)把液態(tài)工質(zhì)輸送到工質(zhì)噴射器2，實(shí)現(xiàn)噴射。當(dāng)汽化的工質(zhì)剛進(jìn)入工質(zhì)散熱器11時(shí)，工質(zhì)散熱器 11內(nèi)壓力會(huì)急劇升高，當(dāng)氣態(tài)工質(zhì)都液化時(shí)，工質(zhì)散熱器11內(nèi)壓力又急劇降低，這樣反復(fù)的壓力變化過(guò)大，工質(zhì)散熱器11就會(huì)出問(wèn)題。為了保持壓力的相對(duì)穩(wěn)定，設(shè)置一個(gè)壓力調(diào)節(jié)罐12與工質(zhì)散熱器11聯(lián)通，當(dāng)工質(zhì)散熱器11壓力高時(shí)，部分沒(méi)有液化的氣態(tài)工質(zhì)進(jìn)入壓力調(diào)節(jié)罐12，使工質(zhì)散熱器11壓力降低，當(dāng)工質(zhì)散熱器11壓力低時(shí)，一部分氣態(tài)工質(zhì)會(huì)回到工質(zhì)散熱器11中使工質(zhì)散熱器11中壓力增加，始終保持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的壓力。曲軸輸出的動(dòng)力通過(guò)聯(lián)軸節(jié)14輸出到啟動(dòng)-發(fā)電機(jī)13，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)13發(fā)電。發(fā)出的電為三相交流電。
權(quán)利要求
1.車、船發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱發(fā)電裝置，其特征是主要由熱機(jī)部分和發(fā)電部分組成熱機(jī)部分組成主要有曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)、吸熱系統(tǒng)、缸體和缸蓋、起動(dòng)裝置；發(fā)電部分是啟動(dòng)-發(fā)電機(jī)、集成發(fā)電調(diào)節(jié)系統(tǒng)，具體結(jié)構(gòu)是廢熱從廢熱進(jìn)氣管(4)進(jìn)入，經(jīng)過(guò)廢熱散熱器C3)后從廢熱出氣管( 排出，(3), (4), (5)是連接在一起，廢熱散熱器C3)在汽缸(8)內(nèi)釋放大量的熱能，汽缸(8)外層設(shè)置有保溫層(6)，啟動(dòng)啟動(dòng)-發(fā)電機(jī)(1 與曲軸相連，帶動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)(9)旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)活塞(7)向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞⑵處于上止點(diǎn)時(shí)，工質(zhì)噴射器O)向汽缸(8)內(nèi)噴射液態(tài)石油醚工質(zhì)，(2)在汽缸的頭部，靠近⑶的位置，液態(tài)石油醚工質(zhì)呈霧狀，遇到溫度很高的廢熱散熱器(3)，由液相向氣相的轉(zhuǎn)變，推動(dòng)活塞(7)向下運(yùn)動(dòng)，對(duì)外做功，配氣機(jī)構(gòu)(1)與曲軸通過(guò)皮帶(1 傳動(dòng)， 當(dāng)活塞(7)到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)，配氣機(jī)構(gòu)(1)內(nèi)排氣門打開(kāi)，然后活塞(7)開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)，汽化的石油醚工質(zhì)隨著活塞(7)向上運(yùn)動(dòng)被排出汽缸(8)，進(jìn)入工質(zhì)散熱器(11)，當(dāng)活塞(7)運(yùn)動(dòng)到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，配氣機(jī)構(gòu)(1)中排氣門關(guān)閉，工質(zhì)噴射器( 再次噴射液態(tài)工質(zhì)，開(kāi)始新的循環(huán)工作過(guò)程，周而復(fù)始，排出的氣態(tài)工質(zhì)進(jìn)入到工質(zhì)散熱器(11)后，由氣相向液相的轉(zhuǎn)變，快速液化，壓力降低，最后回流到工質(zhì)泵(10)中，工質(zhì)泵(10)受曲軸控制，在活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)把液態(tài)工質(zhì)輸送到工質(zhì)噴射器( ，實(shí)現(xiàn)噴射，為了保持壓力的相對(duì)穩(wěn)定，設(shè)置一個(gè)壓力調(diào)節(jié)罐(1 與工質(zhì)散熱器(11)聯(lián)通，曲軸輸出的動(dòng)力通過(guò)聯(lián)軸節(jié)(14)輸出到啟動(dòng)-發(fā)電機(jī)(13)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)(13)發(fā)電，發(fā)出的電為三相交流電。
全文摘要
本發(fā)明屬于廢熱回收節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用機(jī)動(dòng)車、機(jī)動(dòng)船發(fā)動(dòng)機(jī)所排放的廢熱轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電裝置。發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱在裝置熱腔端連續(xù)供熱傳給工質(zhì)，工質(zhì)不燃燒，不更換。本發(fā)明主要由熱機(jī)部分和發(fā)電部分組成熱機(jī)部分組成主要有曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)、吸熱系統(tǒng)、缸體和缸蓋、起動(dòng)裝置等。發(fā)電部分是啟動(dòng)-發(fā)電機(jī)，集成發(fā)電調(diào)節(jié)系統(tǒng)，兼具啟動(dòng)功能和發(fā)電功能。本發(fā)明利用相變工質(zhì)，進(jìn)行大吞吐量的熱交換實(shí)現(xiàn)廢熱發(fā)電。體積小，功率大，可裝在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)，無(wú)需改動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，現(xiàn)有車船都可以使用，可實(shí)現(xiàn)多用途，有利于節(jié)能減排、低碳環(huán)保。
文檔編號(hào)F01N5/02GK102434257SQ20111036921
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者丁廣澤, 張雪明, 徐明奇 申請(qǐng)人:徐明奇