CN109915256A - 一种基于发动机排气能量回收的梯级发电*** - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种基于发动机排气能量回收的梯级发电***，包括发动机、第一级余热回收装置、第二级余热回收装置，所述第一级余热回收装置包括废气涡轮，发动机的尾气通入废气涡轮的废气入口，废气涡轮连接第一级发电机，所述第二级余热回收装置包括能量储存池、低温差斯特林发动机，所述能量储存池包括能量储存池箱体，能量储存池箱体里设置盘管，能量储存池箱体里充有储热介质，低温差斯特林发动机的热缸深入至能量储存池箱体并于储热介质相接触，废气涡轮的废气出口连通盘管。本发明实了现发动机排气能量的梯级回收利用，回收效率较高，大大提高了发动机的热效率，提高了燃料利用率，具有较强的科研价值和市场价值。

Description

一种基于发动机排气能量回收的梯级发电***

技术领域

本发明涉及的是一种发动机余热利用装置。

背景技术

当今社会，能源是人类日常工作生活中必不可少的物质，主要包括两大类，即可再生能源和不可再生能源。虽然可再生能源行业正处于蓬勃发展阶段，但不可再生能源仍是当今世界消耗量最大、使用范围最广、最普遍的能源类型。然而，不可再生能源并不是取之不尽用之不竭的，一旦消耗殆尽，将严重威胁人类的生存和发展。因此，大力发展节能减排是当今世界面临的最为重要的问题之一。

以发动机行业为例，现阶段，发动机消费的石油约占我国石油总量的60％，且发动机是目前效率最高的动力机械，但最高效率仅接近50％，而以废气形式排入大气的能量占燃料燃烧总能量的30％左右。排气能量品质较高，仍然具有很强的做功能力，回收利用潜力大。因此，开展发动机排气能量回收与利用的研究,是减小环境污染、增大燃料利用效率的有效途径。

目前，大量科研工作者投身余热回收领域的技术研究之中，目前已有一些形式的余热回收技术。在申请号为CN201111159467的专利《一种用于内燃机余热回收的自调整发电***》中，***装置包括冷却液余热预热器、排气余热蒸发器、可调式闪蒸器、膨胀机、发电机、节流阀、风冷式冷凝器、储液罐、工质泵、温压传感逻辑模块、电磁节流阀。***可根据排气余热蒸发器出口工质状态，对余热回收***进行最优化调整，解决了内燃机排气温度波动导致***余热回收效率低下和不可靠的问题。然而，整套***结构较为复杂，可靠性较低，且能量回收效率较低，严重制约了排气余热回收能力。

发明内容

本发明的目的在于提供结构简单、操作方便、能量转换效率高的一种基于发动机排气能量回收的梯级发电***。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种基于发动机排气能量回收的梯级发电***，其特征是：包括发动机、第一级余热回收装置、第二级余热回收装置，所述第一级余热回收装置包括废气涡轮，发动机的尾气通入废气涡轮的废气入口，废气涡轮连接第一级发电机，所述第二级余热回收装置包括能量储存池、低温差斯特林发动机，所述能量储存池包括能量储存池箱体，能量储存池箱体里设置盘管，能量储存池箱体里充有储热介质，低温差斯特林发动机的热缸深入至能量储存池箱体并于储热介质相接触，废气涡轮的废气出口连通盘管。

本发明还可以包括：

1、所述废气涡轮为向心涡轮，低温差斯特林发动机具有β型菱形传动结构，储热工质选用石蜡油。

2、盘管为蛇形换热机构，能量储存池箱体外部包有保温隔热材料。

本发明的优势在于：

本发明实了现发动机排气能量的梯级回收利用，回收效率较高，大大提高了发动机的热效率，提高了燃料利用率，具有较强的科研价值和市场价值。

本发明设计提出了能量储存池的技术形式，对难以捕捉和收集的排气能量成功实现了转化和储存，同时通过对能量储存池内部蛇形换热机构部的合理设计，保证热量合理高效的输出，实现对排气能量最大程度地回收利用。

本发明设计提出的能量梯级回收发电***，装置较为简单，尺寸重量较小，不仅可以用于大型工厂，也可用于小型轿车，适用范围较广。

本发明选用斯特林发动机来进行排气能量的二次回收利用，以其可以在较低温差下持续运转的特点，保证发动机在恒定工况下持续工作或在大小功率范围内变工况工作时，均可持续发电，使整套***的稳定性增强，可行性较高。

本发明设计提出的能量转换效率评估模块可以对发电机的电信号进行实时监测，进行排气余热回收量的测算，从而达到余热利用评估的效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为能量储存池的示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-2，本发明一种基于发动机排气能量回收的梯级发电***，包括：发动机1、第一级余热回收装置2、第二级余热回收装置3、能量转换效率评估模块4、传感器、管路和法兰等；其中第一级余热回收装置2由废气涡轮5、第一级发电机6等组成，第二级余热回收装置3由能量储存池7、低温差斯特林发动机8、第二级发电机9组成；所述废气涡轮5安装在发动机1的排气管上，通过涡轮轴与第一级发电机6相连，通过法兰与能量储存池7相连；所述低温差斯特林发动机8安装在能量储存池7上：所述第二级发电机9与低温差斯特林发动机8的飞轮轴相连；燃料和空气在进气管内混合后进入到发动机1中进行放热做功，高温排气通过排气管进入废气涡轮5中，膨胀放热并带动涡轮旋转，涡轮将热能转化为机械能，带动第一级发电机6运转发电；由废气涡轮流出的二次排气进入能量储存池7内，将不同品质的排气能量存储在能量储存池 7中，低温差斯特林发动机8热缸与能量储存池7中的储热介质12直接接触，将热能转化为机械能并带动第二级发电机9运转发电，从而实现余热的梯级回收发电；能量储存池7包括能量储存池箱体10、盘管11、储热介质12，能量储存池7内部的蛇形换热机构能够高效率地实现能量的传递与储存，其外部包有保温隔热材料13以避免能量损失；所述低温差斯特林发动机8具有β型菱形传动结构，气缸采用高强度薄壁结构，能够实现高低品质能量的高效利用；所述能量转换效率评估模块4可以对两级发电机的电信号进行采集，并根据采集的信号对排气余热回收量进行实时计算，从而达到余热利用评估的效果。

废气涡轮5为向心涡轮。能量储存池箱体10选用不锈钢材料，所述盘管 11选用紫铜管。储热工质12选用石蜡油。保温隔热材料13选用石棉材料。

发动机运行过程中，高温排气通过排气管进入废气涡轮5中，在轮盘中进行膨胀，通过膨胀所产生的反作用力和高速气流对叶片的冲击力的作用，驱动叶片转动，带动第一级发电机6运转，给用电设备供电。

由废气涡轮5流出的二次排气，仍然具有较高的温度，仍然具有很强的能量回收价值，考虑到斯特林发动机8可在低温差条件下工作的特点，本发明设计提出利用能量储存池7与斯特林发动机8相配合的形式实现排气能量的二次利用。排气在盘管11内流动，通过导热与对流换热，使能量向储热工质12传递，转化为工质的内能，作为斯特林发动机的高温热源，低温差斯特林发动机8从高温储热工质中吸收热量，并将热能转化为机械能，带动第二级发电机9 工作发电，给用电设备供电。其中，为了加强传热能力，管道选用盘管11以增大换热面积，并选用紫铜材料以减小导热热阻。为了减少热量的流失，能量储存池箱体10外侧包有保温隔热材料13。

按照图1所展示的形式将各个技术部分进行连接、检查装置气密性并在规定位置加装保温材料，一切准备工作完成后，运行整套***。

***运行过程中，燃料和空气在进气管内混合后进入到发动机1中进行放热做功，高温排气从排气管排出并进入废气涡轮5中，膨胀放热带动涡轮旋转，涡轮轴与第一级发电机6相连，带动发电机运转发电。

由废气涡轮流出的二次排气进入能量储存池内，通过其内部的蛇形换热机构将不同品质的排气能量高效存储在能量储存池中。低温差热气机采用热缸直接插进能量储存池7中的技术形式，热缸与高温储热介质12直接接触，吸收热量，将热能转化为机械能，带动第二级发电机9发电，从而实现余热的梯级回收。

***运行过程中，能量转换效率评估模块4可以对两级发电机的电信号进行实时监测，并根据采集的信号对排气能量回收量进行实时计算，从而达到余热利用评估的效果。

Claims (3)

1.一种基于发动机排气能量回收的梯级发电***，其特征是：包括发动机、第一级余热回收装置、第二级余热回收装置，所述第一级余热回收装置包括废气涡轮，发动机的尾气通入废气涡轮的废气入口，废气涡轮连接第一级发电机，所述第二级余热回收装置包括能量储存池、低温差斯特林发动机，所述能量储存池包括能量储存池箱体，能量储存池箱体里设置盘管，能量储存池箱体里充有储热介质，低温差斯特林发动机的热缸深入至能量储存池箱体并于储热介质相接触，废气涡轮的废气出口连通盘管。

2.根据权利要求1所述的一种基于发动机排气能量回收的梯级发电***，其特征是：所述废气涡轮为向心涡轮，低温差斯特林发动机具有β型菱形传动结构，储热工质选用石蜡油。

3.根据权利要求1所述的一种基于发动机排气能量回收的梯级发电***，其特征是：盘管为蛇形换热机构，能量储存池箱体外部包有保温隔热材料。