CN101459397A - 内燃机余热温差电转换发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明是涉及内燃机余热温差电转换发电系统，包括发动机、排气主管、旁路支管、烟气换热器进口、烟气换热器出口、消音器、电极连线、用电设备、蓄电池、循环水换热器进口和循环水换热器出口，将温差发电装置安置在内燃机车的排气口和消音器之间，由发动机排气管分流为排气主管和旁路支管，排气主管与温差发电装置、烟气换热器和烟气换热器进口相连接，利用内燃机的排放余热作为热源、循环冷却水作为冷源，进行温差热电转换。本发明的有益效果是，发电一部分应用于机车用电设备供电，剩余部分向机车蓄电池充电，可以取代机车自带发电机，可以节省燃油5％左右。

Description

内燃机余热温差电转换发电系统

技术领域

本发明属于以汽车、载重卡车、铁路机车、坦克、装甲车和海运轮船等内燃机余热回收利用温差发电技术领域，涉及内燃机余热温差电转换发电系统。

背景技术

燃料在内燃机中燃烧产生的能量，一般只有30％转换为机械能，即使采用废气涡轮增压技术，最多也只有50％转换为机械能，排放的烟气带走的热量占30％～45％，温度约在600K~1100K。大量具有较高品位的余热随内燃机尾气排放到大气中，造成了巨大能量损失和环境污染。如何有效地利用内燃机逸散到大气中的余热，提高燃料的利用率，是国内外学者长期探讨的问题。内燃机的发展经过几十年，现有内燃机具有的优越性和经济性，通过完善机内燃烧方式和过程提高燃料的利用率和减少排放，很难再取得突破性的进展。研究表明：利用内燃机排放废热温差发电器来取代机车汽车、载重卡车、铁路机车、坦克、装甲车和海运轮船等自带发电机，向机车用电设备供电，并向蓄电池充电，可以提高燃料利用率、节约能源和减少污染，而且发电吸热降温也有利于机车的整体性能。随着我国人民生活水平的不断提高，汽车即将在现代家庭中普及，对能量需求会不断提高，能量和环境问题会进一步恶化，开发相关的新能源和充分利用废能源意义更加重大。本发明是一种全固态能量转换方式，无需化学反应或流体介质、无运动部件，其温差电转换发电装置发电过程中具有结构简单、体积小、重量轻、移动方便、无磨损、坚固耐用、无噪声、无泄漏等众多优点。另外，目前我国已经成功合成了具有纳米管和纳米囊薄壁粗短管形态的Bi₂Te₃，由此制备的纳米复合结构块状热电材料，在热电性能方面比国际先进水平提高20％。所以本发明对我国国民经济可持续发展有着重要意义，具有及为广泛应用前景。

发明内容

本发明的目的是提出内燃机余热温差电转换发电系统，利用内燃机余热温差电转换发电装置来取代机车自带发电机，向机车用电设备供电，并向蓄电池充电，可以明显地提高内燃机的循环热效率。

本发明的技术解决方案是，内燃机余热温差电转换发电系统，包括发动机、排气主管、旁路支管、温差发电装置、烟气换热器进口、烟气换热器出口、消音器、电极连线、用电设备、蓄电池、循环水换热器进口和循环水换热器出口，将温差发电装置安置在内燃机车的排气口和消音器之间，由发动机排气管分流为排气主管和旁路支管，排气主管与温差发电装置、烟气换热器和烟气换热器进口相连接，烟气换热器出口与旁路支管汇合后与消音器相连接，温差发电装置的电极连线与用电设备和蓄电池的导线相连接，温差发电装置、循环水换热器的循环水换热器进口和循环水换热器出口与机车发动机循环冷却水箱相连；温差发电装置由个循环水换热器、温差发电转换单元块组和烟气换热器构成，循环水换热器中布置铝合金制褶皱散热片，温差发电转换单元块组由导电体与P型半导体热电偶和N型半导体热电偶熔结在一起，P型热电偶和N型热电偶之间由温差热电转换单元块绝缘层隔开。温差发电转换单元块组阵列排列布置在上下平行的温差转换单元块热端高温壁面和温差转换单元块冷端低温壁面之间，温差发电转换单元块组由导电薄片串联，温差转换单元块热端高温壁面与烟气换热器壁面通过绝缘材料薄层相接触，温差转换单元块冷端低温壁面与循环冷却水换热器内壁面通过绝缘材料薄层相接触。烟气换热器进口与机车的排气主管相连，烟气换热器出口与消音器相连接。所述的循环水换热器和烟气换热器的壳体由合金材料制成。

本发明的有益效果是，利用内燃机的排放废热作为热源、循环冷却水作为冷源，进行温差热电转换，其发电一部分应用于机车用电设备供电，剩余部分向机车蓄电池充电。利用此种温差发电装置，应用于中小行汽车中，功率可以达到100W～300W，可以节省燃油5％左右；应用在重型卡车中，功率可达1000W以上。

附图说明

图1为本发明系统的结构示意图。

图2为本发明温差发电装置的纵向剖面图。

图3为本发明温差发电装置的横向剖面图。

图中：1、发动机，2、排气主管，3、旁路支管，4、温差发电装置，5、烟气换热器进口，6、烟气换热器出口，7、消音器，8、电极连线，9、用电设备，10、蓄电池，11、循环水换热器进口，12、循环水换热器出口，13、烟气换热器，14、循环水换热器，15、温差发电转换单元块组，16、褶皱散热片，17、导电体，18、P型半导体热电偶，19、N型热电偶，20、温差热电转换单元块绝缘层，21、壳体，22、温差转换单元块热端高温壁面，23、烟气换热器壁面，24、绝缘材料薄层，25、温差转换单元块冷端低温壁面，26、循环冷却水换热器内壁面。

具体实施方式

如附图所示，本发明由发动机1、排气主管2、旁路支管3、温差发电装置4、烟气换热器进口5、烟气换热器出口6、消音器7、电极连线8、用电设备9、蓄电池10、循环水换热器进口11和循环水换热器出口12组成，将温差发电装置4安置在内燃机车的排气口和消音器7之间，由发动机1排气管分流为排气主管2和旁路支管3，排气主管2与温差发电装置4、烟气换热器13和烟气换热器进口5相连接，烟气换热器出口6与旁路支管3汇合后与消音器7相连接，温差发电装置4的电极连线8与用电设备9和蓄电池10的导线相连接，温差发电装置4、循环水换热器14的循环水换热器进口11和循环水换热器出口12与机车发动机循环冷却水箱相连；温差发电装置4由个循环水换热器14、温差发电转换单元块组15和烟气换热器13构成，循环水换热器14中布置铝合金制褶皱散热片16，温差发电转换单元块组15由导电体17与P型半导体热电偶18和N型半导体热电偶19熔结在一起，P型热电偶18和N型热电偶19之间由温差热电转换单元块绝缘层20隔开。温差发电转换单元块组15阵列排列布置在上下平行的温差转换单元块热端高温壁面22和温差转换单元块冷端低温壁面25之间，温差发电转换单元块组15由导电薄片串联，温差转换单元块热端高温壁面22与烟气换热器壁面23通过绝缘材料薄层24相接触，温差转换单元块冷端低温壁面25与循环冷却水换热器内壁面26通过绝缘材料薄层24相接触。烟气换热器进口5与机车的排气主管2相连接，烟气换热器出口6与消音器7相连接。循环水换热器14和烟气换热器13的壳体21由合金材料制成。

Claims (2)

1、内燃机余热温差电转换发电系统，其特征在于，包括发动机(1)、排气主管(2)、旁路支管(3)、温差发电装置(4)、烟气换热器进口(5)、烟气换热器出口(6)、消音器(7)、电极连线(8)、用电设备(9)、蓄电池(10)、循环水换热器进口(11)和循环水换热器出口(12)，将温差发电装置(4)安置在内燃机车的排气口和消音器(7)之间，由发动机(1)排气管分流为排气主管(2)和旁路支管(3)，排气主管(2)与温差发电装置(4)、烟气换热器(13)和烟气换热器进口(5)相连接，烟气换热器出口(6)与旁路支管(3)汇合后与消音器(7)相连接，温差发电装置(4)的电极连线(8)与用电设备(9)和蓄电池(10)的导线相连接，温差发电装置(4)、循环水换热器(14)的循环水换热器进口(11)和循环水换热器出口(12)与机车发动机循环冷却水箱相连；温差发电装置(4)由个循环水换热器(14)、温差发电转换单元块组(15)和烟气换热器(13)构成，循环水换热器(14)中布置铝合金制褶皱散热片(16)，温差发电转换单元块组(15)由导电体(17)与P型半导体热电偶(18)和N型半导体热电偶(19)熔结在一起，P型热电偶(18)和N型热电偶(19)之间由温差热电转换单元块绝缘层(20)隔开。温差发电转换单元块组(15)阵列排列布置在上下平行的温差转换单元块热端高温壁面(22)和温差转换单元块冷端低温壁面(25)之间，温差发电转换单元块组(15)由导电薄片串联，温差转换单元块热端高温壁面(22)与烟气换热器壁面(23)通过绝缘材料薄层(24)相接触，温差转换单元块冷端低温壁面(25)与循环冷却水换热器内壁面(26)通过绝缘材料薄层(24)相接触，烟气换热器进口(5)与机车的排气主管(2)相连接，烟气换热器出口(6)与消音器(7)相连接。

2、根据权利要求1所述的内燃机余热温差电转换发电系统，其特征在于，所述的循环水换热器(14)和烟气换热器(13)的壳体(21)由合金材料制成。

Images