[發(fā)明專利]運(yùn)用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱回收裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910069736.3
• 申請(qǐng)日: 2009-07-16
• 公開（公告）號(hào): CN101603473A
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高文志;馮黎明;謝必鮮;秦浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): F02G5/02
• 分類號(hào): F02G5/02;F02G1/043;F28D9/02
• 代理公司: 天津盛理知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 董一寧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于余熱利用，具體涉及一種回收內(nèi)燃機(jī)廢氣中的熱能，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。

背景技術(shù)

汽車燃料燃燒所產(chǎn)生的能量中，大約有三分之一左右被有效利用，其余的能量被散失到大氣中，其中排氣散失的能量占近三分之一。因此，有效利用汽車廢氣能量成為實(shí)現(xiàn)汽車節(jié)能的一個(gè)有效途徑。

目前汽車余熱回收利用主要有幾種方法，如：渦輪增壓技術(shù)、余熱空調(diào)、利用廢氣能量溫差發(fā)電、基于朗肯循環(huán)回收廢氣能量等。但是增壓技術(shù)只能利用排氣的部分能量，渦輪出口的排氣仍具有較高的溫度，具有再次利用價(jià)值；余熱空調(diào)技術(shù)沒(méi)有功的輸出，且能量利用率低；溫差發(fā)電則受限于材料等技術(shù)的發(fā)展，熱電轉(zhuǎn)換效率低；基于朗肯循環(huán)回收廢氣能量，系統(tǒng)復(fù)雜，體積和重量都很難達(dá)到要求。所以上述方法均有其局限性。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，但目前已知的利用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)回收汽車余熱的方法其效率低，本發(fā)明的提出能夠彌補(bǔ)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收存在的缺陷，使內(nèi)燃機(jī)廢熱得到充分的利用，在提高廢熱回收效率的同時(shí)，使汽車燃料利用率得到顯著的提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，提供一種改進(jìn)的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱回收裝置，將內(nèi)燃機(jī)排放出的熱能轉(zhuǎn)換成高品位的機(jī)械能或電能。

本發(fā)明的技術(shù)原理是，吸熱器安裝在內(nèi)燃機(jī)排氣總管的前端，內(nèi)燃機(jī)排氣的熱量絕大部份被斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)中的吸熱工質(zhì)吸收，其余熱量排入環(huán)境。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)吸熱器中的循環(huán)工質(zhì)在壓縮腔中被壓縮流經(jīng)回?zé)崞骷訜幔筮M(jìn)入加熱器和膨脹腔，工質(zhì)加熱膨脹推動(dòng)活塞做功，活塞在通過(guò)一套傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作。本發(fā)明利用內(nèi)燃機(jī)排放出的熱量作為斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力來(lái)源，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的吸熱器設(shè)計(jì)成板翅式高效換熱器，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)做的功用來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)或者直接與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸耦合。為了最大可能的吸收內(nèi)燃機(jī)排氣的熱量，排氣與換熱工質(zhì)的熱交換采用垂直錯(cuò)流形式，即內(nèi)燃機(jī)排氣(氣流)流動(dòng)方向與通道循環(huán)工質(zhì)流動(dòng)方向垂直。循環(huán)工質(zhì)通道與排氣流道之間采用單層隔板間隔排列，循環(huán)工質(zhì)在板翅式換熱器流道內(nèi)形成U形通道。

由于循環(huán)工質(zhì)的流量遠(yuǎn)比排氣的流量小，同時(shí)為了提高斯特林循環(huán)的效率，應(yīng)盡可能降低膨脹腔和壓縮腔的流通容積，因此“廢熱”排氣通道的流通面積為循環(huán)工質(zhì)通道流通面積的4～8倍。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖3為板翅式換熱器局部結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖并通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)原理作進(jìn)一步的說(shuō)明。運(yùn)用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱回收裝置，包括內(nèi)燃機(jī)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)由吸熱器、膨脹腔、回?zé)崞鳌嚎s腔、活塞組成。內(nèi)燃機(jī)排氣管1與斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)2中吸熱器3的氣側(cè)相接，吸熱器3工質(zhì)側(cè)的一端與膨脹腔4之間通過(guò)一根或數(shù)根短管相連。對(duì)于本實(shí)施例，吸熱器3工質(zhì)側(cè)的一端與膨脹腔4通過(guò)一根短管相連。吸熱器工質(zhì)側(cè)的另一端與回?zé)崞?相接，動(dòng)力活塞6通過(guò)一套傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)7發(fā)電。吸熱器3設(shè)計(jì)為板翅式換熱器結(jié)構(gòu)。對(duì)于本實(shí)施例，吸熱器3中氣側(cè)通道的流通面積為工質(zhì)側(cè)通道流通面積的6倍。

斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)工質(zhì)在壓縮腔8中被壓縮流經(jīng)回?zé)崞?加熱，之后進(jìn)入加熱器和膨脹腔4，循環(huán)工質(zhì)在加熱器中被排氣加熱膨脹，配氣活塞9上行，推動(dòng)動(dòng)力活塞6做功，做功后的循環(huán)工質(zhì)經(jīng)冷卻器10冷卻從而完成一個(gè)動(dòng)力循環(huán)。加熱器3為板翅式結(jié)構(gòu)。排氣通道11與循環(huán)工質(zhì)流道12呈單層交錯(cuò)布置，即內(nèi)燃機(jī)排氣(氣流)流動(dòng)方向與通道循環(huán)工質(zhì)流動(dòng)方向垂直。氣側(cè)流道中均布置有翅片13以強(qiáng)化換熱。

本發(fā)明的特點(diǎn)及顯著效果為，將內(nèi)燃機(jī)排放出的熱能轉(zhuǎn)換成高品位的機(jī)械能或電能輸出，用于內(nèi)燃機(jī)的輔助設(shè)備用能，如空調(diào)制冷，水泵，油泵用能，也可以通過(guò)一套動(dòng)力耦合裝置直接將斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸耦合，從而使內(nèi)燃機(jī)的相對(duì)燃油消耗率有效降低。