[發(fā)明專利]車、船發(fā)動機廢熱發(fā)電裝置

有效

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• 申請日: 2011-11-17
• 公開（公告）號: CN102434257A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設計）人: 徐明奇;張雪明;丁廣澤
• 申請（專利權(quán)）人: 徐明奇
• 主分類號: F01N5/02
• 分類號: F01N5/02;F02G5/02
• 代理公司: 長春市東師專利事務所 22202
• 代理人: 劉延軍;李榮武

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動車、船排放的廢熱的發(fā)電裝置。

背景技術(shù)

內(nèi)燃機，是一種動力機械，它是通過使燃料在機器內(nèi)部燃燒，并將其放出的熱能直接轉(zhuǎn)換為動力的熱力發(fā)動機。通常所說的內(nèi)燃機是指活塞式內(nèi)燃機。活塞式內(nèi)燃機以往復活塞式最為普遍。活塞式內(nèi)燃機將燃料和空氣混合，在其氣缸內(nèi)燃燒，釋放出的熱能使氣缸內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的燃氣，燃氣膨脹推動活塞作功，再通過曲柄連桿機構(gòu)或其他機構(gòu)將機械功輸出，驅(qū)動從動機械工作。常見的有柴油機和汽油機。

在內(nèi)燃發(fā)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(chǎn)生的總熱量之比。燃料完全燃燒產(chǎn)生的熱量沒有全部轉(zhuǎn)化為有用功，只有少部分熱量參與推動活塞、帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，其余熱量一部分被發(fā)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(nèi)燃機的熱效率很低，即使是高性能的四沖程發(fā)動機，其熱效率也不到30％。也就是說，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2/3的熱量被浪費掉了。而發(fā)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(fā)動機自身熔化。

舉例：一臺普通的排量1.6升JETTA車，發(fā)動機有用功率約為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，發(fā)動機廢熱功率比發(fā)動機產(chǎn)生的有用功率還要大。

外燃機是一種外燃的閉式循環(huán)往復活塞式熱力發(fā)動機，有別于依靠燃料在發(fā)動機內(nèi)部燃燒獲得動力的內(nèi)燃機。新型外燃機使用氫氣作為工質(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，然后流到高溫熱腔中迅速加熱，膨脹做功。燃料在氣缸外的燃燒室內(nèi)連續(xù)燃燒，通過加熱器傳給工質(zhì)，工質(zhì)不直接參與燃燒，也不更換。

斯特林發(fā)動機就是一種外燃發(fā)動機，這種發(fā)動機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)動機”(Stirling?engine)。斯特林發(fā)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(huán)效率。斯特林發(fā)動機是通過氣體受熱膨脹、遇冷壓縮而產(chǎn)生動力的，使燃料連續(xù)地燃燒，蒸發(fā)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(huán)過程。但是，斯特林發(fā)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(nèi)燃發(fā)動機的2-3倍等。所以，還不能成為大批量使用的發(fā)動機。

斯特林循環(huán)：由來自外部熱源加熱的等溫膨脹、工質(zhì)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(zhì)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(huán)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的：回收發(fā)動機廢熱能源，一個巨大且尚未開發(fā)利用的能源，使之轉(zhuǎn)化成機械能，再帶動發(fā)電機發(fā)電。發(fā)出大量的電可以用來夏季帶動空調(diào)，使用空調(diào)就不需要再消耗發(fā)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(nèi)溫度；還可以用電驅(qū)動車輛，構(gòu)成混合動力汽車，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)動機艙中，體積小，僅需要對現(xiàn)有發(fā)動機排氣管做梢微改動，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)動機的保養(yǎng)維護，不影響現(xiàn)有發(fā)動機的有效功率。

本發(fā)明的原理：發(fā)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(fā)動機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(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)動機，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)移到高溫熱腔中吸收熱，被迅速加熱，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)可以大吞吐量的進行熱交換。發(fā)動機廢熱在裝置熱腔端連續(xù)供熱，通過釋熱器傳給工質(zhì)，工質(zhì)不參與燃燒，也不更換。熱機部分把廢熱轉(zhuǎn)變成機械能，然后再帶動發(fā)電機發(fā)電。

本發(fā)明主要由熱機部分和發(fā)電部分組成：熱機部分組成主要有曲柄連桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)、工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)、吸熱系統(tǒng)、缸體和缸蓋、起動裝置等。發(fā)電部分是啟動-發(fā)電機，集成發(fā)電調(diào)節(jié)系統(tǒng)，兼具啟動功能和發(fā)電功能。