專利名稱：車、船發動機廢熱發電裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于廢熱回收節能技術領域，具體涉及一種利用機動車、船排放的廢熱的發電裝置。
背景技術：
內燃機，是一種動力機械，它是通過使燃料在機器內部燃燒，并將其放出的熱能直接轉換為動力的熱力發動機。通常所說的內燃機是指活塞式內燃機。活塞式內燃機以往復活塞式最為普遍。活塞式內燃機將燃料和空氣混合，在其氣缸內燃燒，釋放出的熱能使氣缸內產生高溫高壓的燃氣，燃氣膨脹推動活塞作功，再通過曲柄連桿機構或其他機構將機械功輸出，驅動從動機械工作。常見的有柴油機和汽油機。在內燃發動機中，熱效率是燃料燃燒后用于做功的那部分熱量與所產生的總熱量之比。燃料完全燃燒產生的熱量沒有全部轉化為有用功，只有少部分熱量參與推動活塞、帶動曲軸旋轉，其余熱量一部分被發動機冷卻系帶走，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，內燃機的熱效率很低，即使是高性能的四沖程發動機，其熱效率也不到30%。也就是說，燃料燃燒產生的有用能量只有不到1/3被有效利用，有超過2/3的熱量被浪費掉了。而發動機本身的熱效率很難大幅度提高，因為這些過多的熱量如果不被排出就會將發動機自身熔化。舉例一臺普通的排量1. 6升JETTA車，發動機有用功率約為60Kw，占燃料燃燒功率的30%，那燃料燃燒產生的功率約為200Kw，排氣廢熱功率約占燃料燃燒產生的功率的 40%，那就約為80Kw。由此可見，發動機廢熱功率比發動機產生的有用功率還要大。外燃機是一種外燃的閉式循環往復活塞式熱力發動機，有別于依靠燃料在發動機內部燃燒獲得動力的內燃機。新型外燃機使用氫氣作為工質，在封閉的氣缸內充有一定容積的工質，氣缸一端為熱腔，另一端為冷腔，工質在低溫冷腔中壓縮，然后流到高溫熱腔中迅速加熱，膨脹做功。燃料在氣缸外的燃燒室內連續燃燒，通過加熱器傳給工質，工質不直接參與燃燒，也不更換。斯特林發動機就是一種外燃發動機，這種發動機是倫敦的牧師羅巴特·斯特林 (Robert Stirling)于1816年發明的，所以命名為“斯特林發動機”(Stirling engine) 0 斯特林發動機是獨特的熱機，因為他們理論上的效率幾乎等于理論最大效率，稱為卡諾循環效率。斯特林發動機是通過氣體受熱膨脹、遇冷壓縮而產生動力的，使燃料連續地燃燒， 蒸發的膨脹氫氣(或氦)作為動力氣體使活塞運動，膨脹氣體在冷氣室冷卻，反復地進行這樣的循環過程。但是，斯特林發動機還有許多問題要解決，例如膨脹室、壓縮室、加熱器、冷卻室、再生器等的成本高，熱量損失是內燃發動機的2-3倍等。所以，還不能成為大批量使用的發動機。斯特林循環由來自外部熱源加熱的等溫膨脹、工質傳熱給回熱器的等體積回熱、 向外部冷源排熱的等溫壓縮和回熱器返回傳熱給工質的等體積回熱四個熱力過程組成的熱氣機的理想熱力循環。

發明內容
本發明的目的回收發動機廢熱能源，一個巨大且尚未開發利用的能源，使之轉化成機械能，再帶動發電機發電。發出大量的電可以用來夏季帶動空調，使用空調就不需要再消耗發動機有效功率了 ；可以冬天取暖，冬季車、船上可以加裝更多的用電取暖的設備，安全方便，提高車、船內溫度；還可以用電驅動車輛，構成混合動力汽車，行駛中可以節約大量的燃油。此裝置可以非常容易的加裝到車、船的發動機艙中，體積小，僅需要對現有發動機排氣管做梢微改動，把此裝置的廢熱散熱器段串聯在排氣管中。不影響現有發動機的保養維護，不影響現有發動機的有效功率。本發明的原理發動機廢熱溫度約600-700攝氏度，室外溫度約-25攝氏度-38 攝氏度，無論冬天還是夏天發動機廢熱溫度與空氣氣溫形成很大溫差，利用溫差驅使本裝置熱機部分工作，熱機部分的原理類似于外燃機斯特林熱機的原理，工作物質在內部封閉循環，但不同于使用氣體工質的斯特林發動機，本裝置使用相變工質，在封閉的循環系統內充有一定容積的相變工質，系統一端為熱腔，另一端為冷腔，相變工質在低溫冷腔中冷凝， 由氣相變成液相，放出熱，然后被轉移到高溫熱腔中吸收熱，被迅速加熱，變成氣相，膨脹做功，然后轉移到冷腔中。相變工質在相變時可以吸收或釋放大量的熱，所以相變工質可以大吞吐量的進行熱交換。發動機廢熱在裝置熱腔端連續供熱，通過釋熱器傳給工質，工質不參與燃燒，也不更換。熱機部分把廢熱轉變成機械能，然后再帶動發電機發電。本發明主要由熱機部分和發電部分組成熱機部分組成主要有曲柄連桿機構、配氣機構、工質循環系統、潤滑系統、散熱系統、吸熱系統、缸體和缸蓋、起動裝置等。發電部分是啟動-發電機，集成發電調節系統，兼具啟動功能和發電功能。本發明主要優點回收發動機廢熱作為熱源，資源廣闊；利用相變物質作為工質， 熱吞吐量大，可以做到體積小，功率大；可裝在發動機艙內，僅需改動發動機排氣管段，現有車船都可以加裝此裝置；回收廢熱轉變成電能后，使用方便，可實現多用途。


附圖為車、船發動機廢熱發電裝置結構示意圖。其中1、配氣機構2、工質噴射器3、廢熱散熱器4、廢熱進氣管5、廢熱出氣管6、保溫層7、活塞8、汽缸9、曲柄連桿機構10、工質泵11、工質散熱器12、壓力調節罐13、啟動-發電機14、聯軸節15傳動皮帶。
具體實施例方式車、船發動機產生的廢熱從廢熱進氣管4進入，經過廢熱散熱器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內釋放大量的熱能，汽缸8外層設置有保溫層6，此時，啟動啟動-發電機13，它與曲軸相連，帶動曲柄連桿機構9開始旋轉， 并帶動活塞7向上運動，當活塞7處于上止點時，工質噴射器2向汽缸8內噴射液態石油醚工質，2在汽缸的頭部，靠近3的位置，液態石油醚工質呈霧狀，遇到溫度很高的廢熱散熱器 3，吸收大量熱量，實現由液相向氣相的轉變，迅速汽化，體積急劇膨脹，壓力增大，推動活塞7向下運動，對外做功，配氣機構1與曲軸通過皮帶15傳動，當活塞7到達下止點時，配氣機構1內排氣門打開，然后活塞7開始向上運動，汽化的石油醚工質隨著活塞7向上運動被排出汽缸8，進入工質散熱器11，當活塞7運動到達上止點時，配氣機構1中排氣門關閉。工質噴射器2再次噴射液態工質，開始新的循環工作過程，就這樣周而復始。排出的氣態工質進入到工質散熱器11后，迅速散出大量的熱，溫度下降，實現由氣相向液相的轉變，快速液化，壓力降低，最后回流到工質泵10中，工質泵10受曲軸控制，在活塞到達上止點時把液態工質輸送到工質噴射器2，實現噴射。當汽化的工質剛進入工質散熱器11時，工質散熱器 11內壓力會急劇升高，當氣態工質都液化時，工質散熱器11內壓力又急劇降低，這樣反復的壓力變化過大，工質散熱器11就會出問題。為了保持壓力的相對穩定，設置一個壓力調節罐12與工質散熱器11聯通，當工質散熱器11壓力高時，部分沒有液化的氣態工質進入壓力調節罐12，使工質散熱器11壓力降低，當工質散熱器11壓力低時，一部分氣態工質會回到工質散熱器11中使工質散熱器11中壓力增加，始終保持一個相對穩定的壓力。曲軸輸出的動力通過聯軸節14輸出到啟動-發電機13，帶動發電機13發電。發出的電為三相交流電。
權利要求
1.車、船發動機廢熱發電裝置，其特征是主要由熱機部分和發電部分組成熱機部分組成主要有曲柄連桿機構、配氣機構、工質循環系統、潤滑系統、散熱系統、吸熱系統、缸體和缸蓋、起動裝置；發電部分是啟動-發電機、集成發電調節系統，具體結構是廢熱從廢熱進氣管(4)進入，經過廢熱散熱器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)內釋放大量的熱能，汽缸(8)外層設置有保溫層(6)，啟動啟動-發電機(1 與曲軸相連，帶動曲柄連桿機構(9)旋轉，并帶動活塞(7)向上運動，當活塞⑵處于上止點時，工質噴射器O)向汽缸(8)內噴射液態石油醚工質，(2)在汽缸的頭部，靠近⑶的位置，液態石油醚工質呈霧狀，遇到溫度很高的廢熱散熱器(3)，由液相向氣相的轉變，推動活塞(7)向下運動，對外做功，配氣機構(1)與曲軸通過皮帶(1 傳動， 當活塞(7)到達下止點時，配氣機構(1)內排氣門打開，然后活塞(7)開始向上運動，汽化的石油醚工質隨著活塞(7)向上運動被排出汽缸(8)，進入工質散熱器(11)，當活塞(7)運動到達上止點時，配氣機構(1)中排氣門關閉，工質噴射器( 再次噴射液態工質，開始新的循環工作過程，周而復始，排出的氣態工質進入到工質散熱器(11)后，由氣相向液相的轉變，快速液化，壓力降低，最后回流到工質泵(10)中，工質泵(10)受曲軸控制，在活塞到達上止點時把液態工質輸送到工質噴射器( ，實現噴射，為了保持壓力的相對穩定，設置一個壓力調節罐(1 與工質散熱器(11)聯通，曲軸輸出的動力通過聯軸節(14)輸出到啟動-發電機(13)，帶動發電機(13)發電，發出的電為三相交流電。
全文摘要
本發明屬于廢熱回收節能技術領域，涉及一種利用機動車、機動船發動機所排放的廢熱轉化成機械能，再把機械能轉化成電能的發電裝置。發動機廢熱在裝置熱腔端連續供熱傳給工質，工質不燃燒，不更換。本發明主要由熱機部分和發電部分組成熱機部分組成主要有曲柄連桿機構、配氣機構、工質循環系統、潤滑系統、散熱系統、吸熱系統、缸體和缸蓋、起動裝置等。發電部分是啟動-發電機，集成發電調節系統，兼具啟動功能和發電功能。本發明利用相變工質，進行大吞吐量的熱交換實現廢熱發電。體積小，功率大，可裝在發動機艙內，無需改動發動機，現有車船都可以使用，可實現多用途，有利于節能減排、低碳環保。
文檔編號F01N5/02GK102434257SQ20111036921
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月17日 優先權日2011年11月17日
發明者丁廣澤, 張雪明, 徐明奇 申請人:徐明奇