本發(fā)明屬于汽車發(fā)動機廢熱利用發(fā)電設備技術領域，具體涉及一種發(fā)動機冷卻循環(huán)廢熱發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術：

汽車發(fā)動機冷卻循環(huán)系統(tǒng)是將發(fā)動機正常工作時產生的熱量及時散發(fā)出去，以保證發(fā)動機在最適宜的溫度(一般為90℃)下正常工作，汽車發(fā)動機冷卻循環(huán)系統(tǒng)性能的好壞直接影響發(fā)動機的使用壽命和車輛的燃油經(jīng)濟性。目前主流汽車發(fā)動機燃料利用率較低，燃油燃燒產生熱量的較小一部分(一般為30％左右)用來做功，其余燃油熱量主要通過發(fā)動機冷卻循環(huán)系統(tǒng)以廢熱形式排放到空氣當中。因此現(xiàn)有發(fā)動機燃料利用率較低，而較低的燃料利用率必然導致過多的燃料消耗，過多的燃料消耗勢必造成對石化能源的過度依賴和給環(huán)境治理工作帶來較大的壓力，而目前汽車尾氣污染也已經(jīng)成為環(huán)保工作不得不考慮的一個重要因素；此外現(xiàn)有市場上汽車發(fā)動機冷卻循環(huán)系統(tǒng)結構比較復雜并且功能比較單一，其昂貴的成本只是為了把發(fā)動機工作時產生的不能用于做功的熱量以廢熱形式排放出去。以上列舉的諸多因素就是目前主流發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀，因而研究和開發(fā)一種新型發(fā)動機廢熱利用冷卻循環(huán)系統(tǒng)就既有積極的現(xiàn)實意義也有很強的必要性。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)動機冷卻循環(huán)廢熱發(fā)電系統(tǒng)，能夠有效提高汽車發(fā)動機熱效率。

本發(fā)明所采用的技術方案是：一種發(fā)動機冷卻循環(huán)廢熱發(fā)電系統(tǒng)，包括發(fā)動機機體和發(fā)動機機體上設置的發(fā)動機進水管和發(fā)動機出水管，發(fā)動機進水管上連通有第一循環(huán)泵，發(fā)動機出水管通過管道連通有檢測控制單元，檢測控制單元通過管道與發(fā)動機進水管連通，檢測控制單元還通過管道連通有溫差發(fā)電單元，溫差發(fā)電單元通過管道與發(fā)動機進水管連通，溫差發(fā)電單元還通過管道連通有散熱單元。

本發(fā)明的特點還在于，

檢測控制單元包括熱循環(huán)進水管，熱循環(huán)進水管上設置有溫度傳感器，熱循環(huán)進水管的一端連通至發(fā)動機出水管，熱循環(huán)進水管的另一端分別連通有大循環(huán)進水管和小循環(huán)進水管，大循環(huán)進水管上設置有第一電磁閥，大循環(huán)進水管的另一端與溫差發(fā)電單元連通，小循環(huán)進水管上設置有第二電磁閥，小循環(huán)進水管與發(fā)動機進水管連通。

溫差發(fā)電單元位于發(fā)動機機體的頂部，溫差發(fā)電單元包括上下并列間隔設置的若干熱層水管片和若干冷層水管片，熱層水管片和冷層水管片在豎直方向上交替排布，相鄰的熱層水管片和冷層水管片之間設置有若干相互連接的溫差發(fā)電片，熱層水管片和冷層水管片均為矩形，熱層水管片沿長度方向的一側共同連通有熱層進水箱，熱層進水箱與大循環(huán)進水管相連通，熱層水管片沿長度方向的另一側共同連通有熱層出水箱，熱層進水箱和熱層出水箱在熱層水管片的長度方向上相互錯開，熱層出水箱與發(fā)動機進水管之間連通有熱循環(huán)出水管；冷層水管片沿長度方向的一側共同連通有冷層進水箱，冷層水管片沿長度方向的另一側共同連通有冷層出水箱，冷層進水箱和冷層出水箱在冷層水管片的長度方向上相互錯開，冷層進水箱正對冷層水管片寬度方向的另一側為熱層進水箱，冷層進水箱和冷層出水箱均通過管道與散熱單元相連通。

熱層進水箱、熱層出水箱、冷層進水箱和冷層出水箱的大小相同，熱層水管片和冷層水管片的大小均相同，熱層進水箱的長度為熱層水管片長度的一半。

熱層水管片上和冷層水管片上均沿長度方向均勻間隔開設有若干等長的長條形第一限流孔，第一限流孔均位于熱層水管片寬度方向和冷層水管片寬度方向的中間位置；熱層進水箱、熱層出水箱、冷層進水箱和冷層出水箱對應第一限流孔的位置均開設有上下貫通的第二限流孔。

散熱單元包括設置于發(fā)動機機體一側的散熱器和發(fā)動機機體上靠近散熱器設置的風扇，散熱器的上下兩端分別固定連通有上水室和下水室，上水室與冷層出水箱之間連通有冷循環(huán)出水管，上水室與冷層出水箱之間的冷循環(huán)出水管上連通有第二循環(huán)泵，下水室上固定連通有散熱器出水管，散熱器出水管的另一端與冷層進水箱之間連通有冷循環(huán)進水管，下水室上還固定連通有放水管，放水管上設置有放水閥。

熱層進水箱與大循環(huán)進水管連接處的高度不低于熱層出水箱與熱循環(huán)出水管連接處的高度；冷層進水箱與冷循環(huán)進水管連接處的高度不低于冷層出水箱與冷循環(huán)出水管連接處的高度。

發(fā)動機機體相鄰散熱器的一側設置有第一膨脹水箱，第一膨脹水箱分別通過管道連通至冷循環(huán)出水管和散熱器出水管，第一膨脹水箱與冷循環(huán)出水管之間的管道上設置有第三電磁閥，第一膨脹水箱與散熱器出水管之間的管道上設置有第四電磁閥；第一膨脹水箱還通過管道連通至上水室。

發(fā)動機機體相對第一膨脹水箱的一側設置有第二膨脹水箱，第二膨脹水箱分別通過管道連通至熱循環(huán)進水管和發(fā)動機進水管，第二膨脹水箱與熱循環(huán)進水管之間的管道上設置有第五電磁閥，第二膨脹水箱與發(fā)動機進水管之間的管道上設置有第六電磁閥；第二膨脹水箱還通過管道連通至發(fā)動機機體。

發(fā)動機出水管還通過管道依次連通有暖風水箱和暖風機，暖風水箱和暖風機均位于發(fā)動機機體相對散熱器的一側，暖風機通過管道連通至發(fā)動機進水管，發(fā)動機出水管和暖風水箱之間的管道上設置有第七電磁閥。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的一種發(fā)動機冷卻循環(huán)廢熱發(fā)電系統(tǒng)，溫差發(fā)電單元不僅可以將發(fā)動機工作時產生的余熱加以吸收利用，保證發(fā)動機處于正常的工作狀態(tài)，而且溫差發(fā)電單元還能產生電能，從而間接提高熱效率。其中，冷熱循環(huán)管路可以提供持續(xù)的溫差效應，來保證溫差發(fā)電單元穩(wěn)定、高效的工作。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種發(fā)動機冷卻循環(huán)廢熱發(fā)電系統(tǒng)的連接關系圖；

圖2是本發(fā)明的一種發(fā)動機冷卻循環(huán)廢熱發(fā)電系統(tǒng)的結構示意圖；

圖3是圖2中本發(fā)明的一種發(fā)動機冷卻循環(huán)廢熱發(fā)電系統(tǒng)的俯視圖；

圖4是圖2中本發(fā)明的一種發(fā)動機冷卻循環(huán)廢熱發(fā)電系統(tǒng)的仰視圖；

圖5是圖2中本發(fā)明的一種發(fā)動機冷卻循環(huán)廢熱發(fā)電系統(tǒng)的后視圖；

圖6是本發(fā)明的一種發(fā)動機冷卻循環(huán)廢熱發(fā)電系統(tǒng)中部分溫差發(fā)電單元的結構示意圖；

圖7是圖6中本發(fā)明的一種發(fā)動機冷卻循環(huán)廢熱發(fā)電系統(tǒng)的剖視圖；

圖8是本發(fā)明的一種發(fā)動機冷卻循環(huán)廢熱發(fā)電系統(tǒng)中熱層水管片的結構示意圖；

圖9是本發(fā)明的一種發(fā)動機冷卻循環(huán)廢熱發(fā)電系統(tǒng)中冷層水管片中水流流向示意圖；

圖10是本發(fā)明的一種發(fā)動機冷卻循環(huán)廢熱發(fā)電系統(tǒng)中溫差發(fā)電片的連接關系示意圖。

圖中，1.發(fā)動機機體，2.發(fā)動機進水管，3.發(fā)動機出水管，4.第一循環(huán)泵，5.檢測控制單元，6.溫差發(fā)電單元，7.散熱單元，8.熱循環(huán)進水管，9.溫度傳感器，10.大循環(huán)進水管，11.小循環(huán)進水管，12.第一電磁閥，13.第二電磁閥，14.熱層水管片，15.冷層水管片，16.溫差發(fā)電片，17.熱層進水箱，18.熱層出水箱，19.熱循環(huán)出水管，20.冷層進水箱，21.冷層出水箱，22.第一限流孔，23.第二限流孔，24.散熱器，25.風扇，26.上水室，27.下水室，28.冷循環(huán)出水管，29.第二循環(huán)泵，30.散熱器出水管，31.冷循環(huán)進水管，32.放水管，33.放水閥，34.第一膨脹水箱，35.第三電磁閥，36.第四電磁閥，37.第二膨脹水箱，38.第五電磁閥，39.第六電磁閥，40.暖風水箱，41.暖風機，42.第七電磁閥，43.蓄電池。

具體實施方式

下面結合附圖以及具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。

本發(fā)明提供了一種發(fā)動機冷卻循環(huán)廢熱發(fā)電系統(tǒng)，如圖1所示，包括發(fā)動機機體1和發(fā)動機機體1上設置的發(fā)動機進水管2和發(fā)動機出水管3，發(fā)動機進水管2上連通有第一循環(huán)泵4，發(fā)動機出水管3通過管道連通有檢測控制單元5，檢測控制單元5通過管道與發(fā)動機進水管2連通，當檢測到發(fā)動機的出水溫度較低時，直接進行發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的熱端小循環(huán)，冷卻水直接流入發(fā)動機進水管2，檢測控制單元5還通過管道連通有溫差發(fā)電單元6，溫差發(fā)電單元6通過管道與發(fā)動機進水管2連通，當檢測控制單元5檢測到發(fā)動機的出水溫度較高時，發(fā)動機內的冷卻水進入熱端大循環(huán)經(jīng)溫差發(fā)電單元6冷卻后流入發(fā)動機進水管2，溫差發(fā)電單元6還通過管道連通有散熱單元7，用以提供冷循環(huán)的冷源，結合熱循環(huán)的熱端大循環(huán)給溫差發(fā)電單元提供持續(xù)的溫差效應。

如圖2至圖5所示，檢測控制單元包括熱循環(huán)進水管8，熱循環(huán)進水管8上設置有溫度傳感器9，熱循環(huán)進水管8的一端連通至發(fā)動機出水管3，熱循環(huán)進水管8的另一端分別連通有大循環(huán)進水管10和小循環(huán)進水管11，大循環(huán)進水管10上設置有第一電磁閥12，大循環(huán)進水管10的另一端與溫差發(fā)電單元6連通，小循環(huán)進水管11上設置有第二電磁閥13，小循環(huán)進水管11與發(fā)動機進水管2連通。

如圖6至圖9所示，溫差發(fā)電單元6位于發(fā)動機機體1的頂部，溫差發(fā)電單元6包括上下并列間隔設置的若干熱層水管片14和若干冷層水管片15，熱層水管片14和冷層水管片15在豎直方向上交替排布，相鄰的熱層水管片14和冷層水管片15之間設置有若干相互連接的溫差發(fā)電片16，同一層相同溫度區(qū)域的溫差發(fā)電片16相互串聯(lián)，不同溫度區(qū)域的溫差發(fā)電片16相互并聯(lián)；不同層之間的溫差發(fā)電片16相互并聯(lián)，之后可以連接至蓄電池43，以備用。熱層水管片14和冷層水管片15均為矩形，熱層水管片14沿長度方向的一側共同連通有熱層進水箱17，熱層進水箱17與大循環(huán)進水管10相連通，熱層水管片14沿長度方向的另一側共同連通有熱層出水箱18，熱層進水箱17和熱層出水箱18在熱層水管片14的長度方向上相互錯開，熱層出水箱18與發(fā)動機進水管2之間連通有熱循環(huán)出水管19；冷層水管片15沿長度方向的一側共同連通有冷層進水箱20，冷層水管片15沿長度方向的另一側共同連通有冷層出水箱21，冷層進水箱20和冷層出水箱21在冷層水管片15的長度方向上相互錯開，冷層進水箱20正對冷層水管片15寬度方向的另一側為熱層進水箱17，熱層進水箱17、熱層出水箱18、冷層進水箱20和冷層出水箱21的大小相同，熱層水管片14和冷層水管片15的大小均相同，熱層進水箱17的長度為熱層水管片14長度的一半，冷層進水箱20和冷層出水箱21均通過管道與散熱單元7相連通。溫差發(fā)電片16位于冷熱交替的水管片之間，可以充分利用冷熱層水管片之間的不能做功的多余熱量，而采用熱層水管片14進水口和冷層水管片15進水口相對，熱層水管片14出水口和冷層水管片15出水口相對，使冷熱層水流形成對流，能最大限度的利用不能做功的多余熱量。熱層水管片14上和冷層水管片15上均沿長度方向均勻間隔開設有若干等長的長條形第一限流孔22，第一限流孔22均位于熱層水管片14寬度方向和冷層水管片15寬度方向的中間位置；熱層進水箱17、熱層出水箱18、冷層進水箱20和冷層出水箱21對應第一限流孔22的位置均開設有上下貫通的第二限流孔23。通過第一限流孔22和第二限流孔23進一步保證流進溫差發(fā)電片16上下兩側的熱層水管片14和冷層水管片15中的水流沿同一方向；同時，如圖9所示，根據(jù)相同的水流行程位置(水流溫度升高或者降低幅度是相同的)布置串聯(lián)的溫差發(fā)電片16，不同的水流行程位置布置并聯(lián)的溫差發(fā)電片16，最大限度從結構上控制溫度相同區(qū)域的溫差利用，也可以結合傳感器來確定溫差相同區(qū)域，使溫差發(fā)電片16效率最大化。

如圖10所示，由于單個溫差發(fā)電片16發(fā)電量有限，要充分利用回收發(fā)動機冷卻循環(huán)系統(tǒng)的廢熱，必須將多片溫差發(fā)電片16以一定的串并聯(lián)方式組合成溫差發(fā)電片組，根據(jù)電路相關理論知識，溫差發(fā)電片不同的串并聯(lián)接法，對溫差發(fā)電片的輸出功率有不同的影響。一般的溫差發(fā)電裝置中，溫差發(fā)電片在廢熱通道表面以矩陣形式布置(熱電模塊拓撲結構)，冷熱層水管之間的溫度呈現(xiàn)從入口到出口逐漸降低的趨勢，通過多片模塊串并聯(lián)的實驗表明，模塊串聯(lián)較之并聯(lián)發(fā)電效率高，因此在相同溫度區(qū)域采用模塊串聯(lián)，但單片模塊有額定電流的限制，電流過大時，不僅會損害模塊，也會限制功率的提高，因此需要并聯(lián)方式來分流，從而采用相同溫度區(qū)域采用模塊串聯(lián)，區(qū)域之間模塊并聯(lián)的結構。

散熱單元7包括設置于發(fā)動機機體1一側的散熱器24和發(fā)動機機體1上靠近散熱器24設置的風扇25，通過風扇25持續(xù)旋轉冷卻散熱器24，可以將冷循環(huán)管路的熱量帶走，用以保證溫差發(fā)電單元6冷熱兩端的持續(xù)溫差效應，滿足溫差發(fā)電單元6正常發(fā)電的溫差要求。散熱器24的上下兩端分別固定連通有上水室26和下水室27，上水室26與冷層出水箱21之間連通有冷循環(huán)出水管28，上水室26與冷層出水箱21之間的冷循環(huán)出水管28上連通有第二循環(huán)泵29，下水室27上固定連通有散熱器出水管30，散熱器出水管30的另一端與冷層進水箱20之間連通有冷循環(huán)進水管31，下水室27上還固定連通有放水管32，放水管32上設置有放水閥33。熱層進水箱17與大循環(huán)進水管10連接處的高度不低于熱層出水箱18與熱循環(huán)出水管19連接處的高度；冷層進水箱20與冷循環(huán)進水管31連接處的高度不低于冷層出水箱21與冷循環(huán)出水管28連接處的高度。

發(fā)動機機體1兩側分別布置有參與冷循環(huán)連接在冷循環(huán)管路上的第一膨脹水箱34和參與熱循環(huán)連接在熱循環(huán)管路上的第二膨脹水箱37，可以將冷卻系統(tǒng)產生氣體排出和給冷卻系統(tǒng)相應的冷卻液補給以及增加冷卻系統(tǒng)的壓力用以提高相應水泵的工作壓力。其中，發(fā)動機機體1相鄰散熱器24的一側設置有第一膨脹水箱34，第一膨脹水箱34分別通過管道連通至冷循環(huán)出水管28和散熱器出水管30，第一膨脹水箱34與冷循環(huán)出水管28之間的管道上設置有第三電磁閥35，第一膨脹水箱34與散熱器出水管30之間的管道上設置有第四電磁閥36；第一膨脹水箱34還通過管道連通至上水室26，用以散熱器24的排氣；發(fā)動機機體1相對第一膨脹水箱34的一側設置有第二膨脹水箱37，第二膨脹水箱37分別通過管道連通至熱循環(huán)進水管8和發(fā)動機進水管2，第二膨脹水箱37與熱循環(huán)進水管8之間的管道上設置有第五電磁閥38，第二膨脹水箱37與發(fā)動機進水管2之間的管道上設置有第六電磁閥39；第二膨脹水箱37還通過管道連通至發(fā)動機機體1，用以發(fā)動機機體1的排氣。

發(fā)動機機體1的一側還布置有暖風裝置，可用于提供車里供暖，具體為，發(fā)動機出水管3還通過管道依次連通有暖風水箱40和暖風機41，暖風水箱40和暖風機41均位于發(fā)動機機體1相對散熱器24的一側，暖風機41通過管道連通至發(fā)動機進水管2，發(fā)動機出水管3和暖風水箱41之間的管道上設置有第七電磁閥42。

本發(fā)明一種發(fā)動機冷卻循環(huán)廢熱發(fā)電系統(tǒng)具體工作狀態(tài)如下：汽車發(fā)動機處于最佳溫度下工作對發(fā)動機性能有非常重要的影響，發(fā)動機冷卻系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機受熱狀況的不同將開通不同的循環(huán)方式來最大化的提高發(fā)動機壽命，根據(jù)發(fā)動機出水管3處溫度傳感器9對水溫的監(jiān)測控制第一電磁閥12開通熱端大循環(huán)管路、控制第二電磁閥13開通熱端小循環(huán)管路，具體過程如下：

熱端小循環(huán)：發(fā)動機機體1溫度較低，不足以啟動溫差發(fā)電單元6，這是發(fā)動機冷車啟動或短時間工作的工況。當發(fā)動機機體1的溫度未超過設定的溫度時，則打開第二電磁閥13，關閉第一電磁閥12，由發(fā)動機出水管3通過第一循環(huán)泵4進入發(fā)動機進水管2，由發(fā)動機進水管2流進發(fā)動機機體1內受熱部件位置，通過水在管道內的流動適當降低水溫。

熱端大循環(huán)：發(fā)動機長時間工作引起發(fā)動機機體1溫度很高，發(fā)動機上過多的廢棄熱量已經(jīng)影響發(fā)動機正常工作的工況，此時需要啟動溫差發(fā)電單元6，收集和利用發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的多余熱量。當發(fā)動機機體1的溫度超過設定的溫度時，則打開第一電磁閥12，關閉第二電磁閥13，由發(fā)動機出水管3流出水經(jīng)熱循環(huán)進水管8流向大循環(huán)進水管10，并通過溫差發(fā)電單元6由熱循環(huán)出水管19流出，進而流進發(fā)動機進水管2，由第一循環(huán)泵4流進發(fā)動機機體1內受熱部件位置；與此同時，通過第二循環(huán)泵29使冷循環(huán)啟動，冷卻水流通過冷循環(huán)進水管31流經(jīng)溫差發(fā)電單元6，再通過冷循環(huán)出水管28流入上水室26，再通過上水室26流經(jīng)散熱器24，流進下水室27，通過散熱器出水管30流入冷循環(huán)進水管31。

通過上述方式，溫差發(fā)電單元6不僅可以將發(fā)動機工作時產生的余熱加以吸收利用，保證發(fā)動機處于正常的工作狀態(tài)，而且溫差發(fā)電單元6還能產生電能，從而間接提高熱效率。其中，冷熱循環(huán)管路可以提供持續(xù)的溫差效應，來保證溫差發(fā)電單元穩(wěn)定、高效的工作。本發(fā)明的溫差發(fā)電單元6還可以布置在發(fā)動機艙或者通過管路連接布置在座椅下、后備箱等位置(轎車)，對于火車除了類似轎車的布置位置外，還可以放置在駕駛艙頂部或者車廂底部等位置，便捷性高。而且本發(fā)明能有效改善和解決現(xiàn)有混合動力汽車電力資源不足的技術難題。