[實用新型]一種采用中間流體循環的尾氣溫差發電系統

有效

• 申請號: 201921886129.1
• 申請日: 2019-11-05
• 公開（公告）號: CN210518143U
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 趙玉龍;范玉聰;葛明慧;王曉緯;劉聯勝
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰

本實用新型為一種采用中間流體循環的尾氣溫差發電系統，包括尾氣?中間流體換熱器、儲液罐、中間流體?冷卻水溫差發電器、變頻泵、變頻控制器。其中中間流體?冷卻水溫差發電器包括中間流體通道、熱電模塊與冷卻水通道。尾氣?中間流體換熱器一端與尾氣管道相連，另一端與中間流體管路連接。尾氣?中間流體換熱器的中間流體側、儲液罐、中間流體?冷卻水溫差發電器的中間流體通道、變頻泵順次相連。本實用新型可根據需要調節中間流體的流量，實現輸出功率的可控性，避免了尾氣參數變化引起輸出功率的波動，具有較高輸出功率，并且熱電模塊用量能夠減少，提高了尾氣溫差發電器的經濟性。

技術領域

本實用新型涉及內燃機尾氣余熱回收利用相結合的溫差發電領域，尤其是一種采用中間流體循環的尾氣溫差發電系統。

背景技術

內燃機已廣泛應用于各類交通運輸工具中，近年來得到快速發展，但內燃機熱效率一般只有30-40％，大約有40％的能量隨著高溫尾氣排放到環境中，造成了極大的能量浪費。在各種尾氣余熱利用模式中，溫差發電器由于結構簡單、無傳動部件、安裝和維護簡單方便，被認為是一種有效的尾氣余熱利用模式。

內燃機尾氣溫差發電器往往是三明治結構，在尾氣通道與冷卻裝置之間加裝熱電模塊，從而在熱電模塊兩端構建溫差，產生電能。對于溫差發電器來說，熱電模塊冷熱兩端溫差越大，發電器熱電轉換效率越高。但在尾氣溫差發電器中，由于尾氣傳熱系數較低，造成熱電模塊熱端溫度遠低于尾氣溫度，因此發電器的轉換效率遠低于理想效率。此外，內燃機工作中，隨著運行工況的改變，尾氣的溫度、流量也在實時變化，這亦會造成發電器的輸出性能會有大幅度的波動，不利于用電設備的穩定運行。授權公號CN206023618U的中國專利將固定在尾氣通道上的導熱體作為熱電模塊熱端，并在導熱體內添加相變材料，使發電器的熱端溫度維持在一個穩定范圍內，提高了尾氣溫差發電器的輸出性能與輸出電壓的穩定性。這種方法雖然一定程度緩解了發電器輸出不穩定的問題，但相變材料的加入，一方面會增加額外的傳熱熱阻不利于熱電模塊熱端溫度的提升，進而影響熱電轉化效率；另一方面相變材料儲能有限，一旦全部融化，發電器的輸出性能將會再次出現波動。

實用新型內容

針對現有技術的不足，本實用新型擬解決的技術問題是，提供一種采用中間流體循環的尾氣溫差發電系統。該發電系統能夠解決尾氣溫差發電器輸出性能不穩定的問題，避免發電器輸出性能隨尾氣參數的變化而劇烈波動，并實現輸出性能的可控。

本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：

本實用新型提供了一種結構簡單、輸出功率可控、成本低廉的內燃機尾氣溫差發電系統。

本實用新型所提供的采用中間流體循環的尾氣溫差發電系統，其特征在于，該發電系統包括尾氣-中間流體換熱器、儲液罐、中間流體-冷卻水溫差發電器、變頻泵、變頻控制器；其中，中間流體-冷卻水溫差發電器包括中間流體通道、熱電模塊與冷卻水通道；尾氣-中間流體換熱器一方面與尾氣管道相連，另一方面與中間流體管路連接，實現尾氣與中間流體的換熱；尾氣-中間流體換熱器的中間流體側、儲液罐、中間流體-冷卻水溫差發電器的中間流體通道、變頻泵順次相連，實現中間流體的循環；所述中間流體的對流換熱系數大于尾氣的對流換熱系數。

在尾氣-中間流體換熱器、中間流體-冷卻水溫差發電器中，兩種換熱流體均采用逆流模式。

所述中間流體為水或導熱油等具有高導熱系數的液體，或者導熱系數高于尾氣的氣體。

本實用新型所提供的采用中間流體循環的尾氣溫差發電系統的運行流程為：來自內燃機的高溫尾氣進入尾氣-中間流體換熱器，與中間流體換熱后，尾氣溫度降低由尾氣-中間流體換熱器出口排出；

中間流體吸收來自尾氣的熱量后，溫度升高并進入儲液罐，儲液罐中的高溫中間流體將進入中間流體-冷卻水溫差發電器中，高溫中間流體將熱量傳遞給熱電模塊后同時溫度降低，熱量一部分在熱電模塊中轉換為電能，剩余熱能由冷卻水通道中的冷卻水帶離；