[發明專利]以柴油機余熱為熱源的堿金屬熱電直接轉換器發電裝置

有效

• 申請號: 200910072667.1
• 申請日: 2009-08-13
• 公開（公告）號: CN101645679A
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發明（設計）人: 周春良;鄭洪濤;潘賢德
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00;F02G5/02;F01N5/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本發明涉及的是一種動力能源領域的能量綜合利用系統，具體地說是一種用柴油機的排氣作為堿金屬熱電直接轉換器的熱源的發電裝置。

(二)背景技術

當今社會，能源問題已經成為困擾人類社會進步和發展的重大課題之一。自從英國工業革命以來，以煤炭、石油和天然氣等化石燃料為一次能源的供能系統極大地促進和推動了世界各國的經濟發展。但是地球上的能源并不是取之不盡用之不竭的，自1973年世界發生石油危機以來，加上環境污染的加劇，節能問題日益引起了人們的重視。如何提高能源的利用率，減少資源的浪費，保護人類賴以生存的環境是許多人致力研究的課題。進入21世紀，我國的能源問題，尤其是石油問題，也變得日益嚴重。我國的礦物能源儲量比較豐富，但是人均能源資源卻只有世界人均能源資源的二分之一左右。二十多年來，我國經濟快速、持續發展，其發展速度與質量為世界所矚目。但同時又面臨著有限的化石燃料資源和更高的環境保護要求的嚴峻挑戰，目前我國已經世界第二大石油進口國，能源問題十分緊迫。

內燃機尤其是內燃機的主力軍-柴油機是一個耗油大戶。船舶柴油機燃料產生的熱能中大約50％左右轉化為柴油機的輸出功，其余50％左右通過排氣、冷卻水等排放到船外，造成很大的能源浪費，以排氣和氣缸冷卻水、活塞冷卻水的排熱占主要部分。其中排氣廢熱約占燃油總熱量的18％，而這其中真正可供利用的可達12％，冷卻水帶出的熱量約占燃油總熱量的16％，柴油機其它散熱占燃油總熱量的的比例大約為16％。但是并不是所有的除了輸出功以外的50％的能量都能拿來進行余熱再利用的，比如柴油機的其它散熱這項，這部分熱量主要通過柴油機機體、空氣冷卻器、滑油冷卻器、油頭冷卻器等多條途徑散失，這部分余熱利用較困難，經濟價值不高。在可再利用的余熱中由于熱量自身性質的不同(溫度、壓力等參數)其可應用的范圍也不同。

對余熱的利用不僅僅是利用余熱的多少，更重要的是根據余熱的品質好壞提高其利用的經濟性。余熱的溫度越高，其品質越好，利用價值也越高。柴油機廢氣能量約占燃油總熱量18％左右，其可利用部分也達12％左右，約為柴油機有效功率的1/4。

堿金屬熱電轉換裝置(the?Alkali?Metal?Thermal?to?Electric?converter)簡寫為AMTEC，是一種新型能量轉換技術，它以液態堿金屬或氣態堿金屬(鋰、鉀、鈉)為工質，β”-Al₂O₃固體電解質(BASE)為離子選擇性滲透膜，這種陶瓷材料對離子是良導體，而對電子幾乎是絕緣體，這是堿金屬熱電轉換器工作的基礎。理論上，熱電轉換效率可達30％-40％。AMTEC可直接將太陽能、外部燃燒、放射性同位素、反應器熱源和余熱產生的熱能轉換成電能。工質鈉(液態或氣態)在封閉循環系統中運行，其轉換過程特點為等溫膨脹/壓縮，等壓加熱，因此可獲得高效率。AMTEC具有很多優點：潔凈無噪聲、設備結構緊湊、維護量小、適合分散布置等。

在柴油機眾多的余熱中，排氣廢熱的溫度大約在400℃左右，在一定的條件下這可以滿足堿金屬熱電直接轉換器對熱源溫度的要求，可用來作為AMTEC的熱源使用。AMTEC可使這部分余熱得到很好的利用。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種合理利用柴油機的排氣余熱，以期對這些能量進行合理的利用，提高能量的利用效率的以柴油機余熱為熱源的堿金屬熱電直接轉換器發電裝置。

本發明的目的是這樣實現的：

柴油機的排氣管道排出的排氣，連接于熱交換器上的傳熱工質流入端口，熱交換器設置于蓄熱器內部，熱交換器的周圍為蓄熱器的吸熱材料，熱交換器和蓄熱器之間有絕熱密封裝置，排氣余熱經熱交換器的外壁兼導熱層傳導到蓄熱器吸熱材料儲存在蓄熱器中，堿金屬熱電轉換裝置與蓄熱器通過接口連接，蓄熱器中的熱量通過其熱輸出接口和堿金屬熱電轉換裝置的熱輸入接口傳導到堿金屬熱電轉換裝置內，使堿金屬熱電轉換裝置內的堿金屬工質達到工作條件要求，堿金屬熱電轉換裝置工作產生電流，電流經其正極流出流過負載做功后回到負極，廢氣先后經過熱交換器的排氣流出端口和廢氣排放管道排出。

柴油機的排氣管道通過連接件連接一外部附加排氣管道，外部附加排氣管道外部有一層保溫層，外部附加排氣管道連接于熱交換器上的傳熱工質流入端口。

所述蓄熱器為高溫相變蓄熱器或者高溫化學蓄熱器。