專利名稱：基于溫差發(fā)電技術(shù)lng發(fā)動(dòng)機(jī)能量回收裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及溫差發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于溫差發(fā)電技術(shù)LNG發(fā)動(dòng)機(jī)能量回收裝置和方法。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量的迅猛發(fā)展，汽車在帶給我們諸多便利的同時(shí)也給我們?cè)谀茉磁c環(huán)保方面帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)，截至2011年底，全國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量為2.25億輛，其中僅汽車就有1.06億輛，這其中動(dòng)力源仍然以發(fā)動(dòng)機(jī)為主。雖然發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)經(jīng)歷了 100多年的發(fā)展，但是其熱效率仍然較低，燃料中有多達(dá)60%左右的能量沒有得到有效利用，其中僅發(fā)動(dòng)機(jī)排氣所帶走的熱量就占燃料燃燒熱量的30% 45%左右，用于冷卻的熱量占到30%左右，這些能量絕大部分以余熱的形式散失到空氣中，造成了巨大的能源浪費(fèi)和嚴(yán)重的環(huán)境污染。天然氣作為替代能源的一種，在C0、N0x和HC排放等方面具有較大優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為世界清潔汽車發(fā)展的趨勢(shì)之一。特別是LNG (天然氣)汽車，雖起步較晚，但由于其清潔、高效、經(jīng)濟(jì)的燃料特性，被公 認(rèn)為未來(lái)天然氣汽車發(fā)展的重要方向。其使用的燃料是液態(tài)形式儲(chǔ)存的天然氣，存儲(chǔ)溫度約為-162 _140°C，需要加熱氣化為常溫常壓下的氣態(tài)天然氣才能送至汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，在氣化過程中需要吸收大量的熱量，即冷能，LNG是在低溫下以這部分蘊(yùn)藏的冷量將具有可觀的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。因此，將LNG氣化時(shí)的冷量與發(fā)動(dòng)機(jī)余熱能量進(jìn)行回收對(duì)于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和熱效率有著重要的作用。溫差發(fā)電技術(shù)是利用熱電材料的塞貝克效應(yīng)(Seebeck effect)直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)，只要存在溫差就可以產(chǎn)生電能，具有無(wú)需增加發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載、無(wú)噪聲、體積小等特點(diǎn)，是一種較為理想的能量回收技術(shù)，為此本申請(qǐng)擬對(duì)基于溫差發(fā)電技術(shù)LNG發(fā)動(dòng)機(jī)能量回收進(jìn)行研究。利用溫差發(fā)電技術(shù)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)能量回收需要的前提是溫差發(fā)電器兩端有一定的溫差，也即溫差發(fā)電器需要冷源和熱源。利用溫差發(fā)電技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)余熱能量進(jìn)行回收時(shí)，無(wú)論是尾氣還是冷卻水都是作為溫差發(fā)電器的熱源，而冷源采用水冷或者風(fēng)冷散熱器的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，而LNG發(fā)動(dòng)機(jī)氣化過程中產(chǎn)生的冷能則是一種理想的冷源。同時(shí)，對(duì)于氣體發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，其進(jìn)氣溫度對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)性能有著重要的影響，如果能夠?qū)ζ錅囟冗M(jìn)行調(diào)整則能夠有效改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于能量回收利用、降低能源消耗為目的，對(duì)現(xiàn)有LNG發(fā)動(dòng)機(jī)氣化器(蒸發(fā)器)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使其能夠在完成LNG氣化功能的同時(shí)還能夠利用溫差發(fā)電技術(shù)進(jìn)行能量回收的裝置和方法。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種基于溫差發(fā)電技術(shù)LNG發(fā)動(dòng)機(jī)能量回收裝置，包括溫差發(fā)電器，LNG氣罐的排氣口通過LNG進(jìn)氣管與溫差發(fā)電器冷端進(jìn)口連接，LNG發(fā)動(dòng)機(jī)氣化器出口通過冷卻液進(jìn)管與溫差發(fā)電器熱端進(jìn)口連接，溫差發(fā)電器熱端出口與LNG發(fā)動(dòng)機(jī)汽化器入口連接，溫差發(fā)電器冷端出口通過LNG出氣管依次與濾清器和穩(wěn)壓器連接，之后與混合器連接作為L(zhǎng)NG發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料。所述溫差發(fā)電器包括至少三層相互疊加的多孔扁管，每層多孔扁管內(nèi)腔設(shè)置有隔層構(gòu)成多個(gè)通道，每個(gè)通道內(nèi)均布排列固定有溫差發(fā)電片，溫差發(fā)電片的厚度和寬度小于通道的高度和寬度，每層多孔扁管的兩端設(shè)置有封口管道，封口管道的側(cè)面設(shè)置有側(cè)孔，側(cè)孔匹配套裝在相應(yīng)多孔扁管端部并密封固定，各封口管道的一端被密封；上層多孔扁管冷卻液通道，其一端為冷卻液進(jìn)管，另一端為冷卻液進(jìn)管；相鄰的下層多孔扁管為L(zhǎng)NG通道，其一端為L(zhǎng)NG進(jìn)氣管，另一端為L(zhǎng)NG出氣管；冷卻液通道和LNG通道交替排列。共有三層多孔扁管，上層多孔扁管為冷卻液通道，其一端為冷卻液進(jìn)管，另一端為冷卻液出管；中間層多孔扁管為L(zhǎng)NG通道，其一端為L(zhǎng)NG進(jìn)氣管，另一端為L(zhǎng)NG出氣管；下層多孔扁管冷卻液通道，其一端為冷卻液進(jìn)管，另一端為冷卻液出管；冷卻液作為熱源的流向與LNG作為冷源的流向相反。一種基于溫差發(fā)電技術(shù)LNG發(fā)動(dòng)機(jī)能量回收方法，在溫差發(fā)電片的冷端采用LNG氣罐氣化形成的冷量，在溫差發(fā)電片的熱端采用LNG發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水形成的熱量，利用溫差發(fā)電片發(fā)電實(shí)現(xiàn)能量回收，氣化后的LNG作為L(zhǎng)NG發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):1.本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有LNG發(fā)動(dòng)機(jī)氣化器(蒸發(fā)器)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，利用溫差發(fā)電原理，高溫采用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水，低溫采用LNG氣化產(chǎn)生的低溫，使其能夠在完成LNG氣化功能的同時(shí)還能夠利用溫差發(fā)電技術(shù)進(jìn)行能量回收，既能夠利用發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱能量，又能夠利用LNG車輛特有的冷能，最大程度的提高能量回收效率，改善車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。2.改進(jìn)后的LNG燃料供給系統(tǒng)利用溫差發(fā)電器取代了原有的汽化器，采用三層或多層熱交換結(jié)構(gòu)，LNG從其中間穿過，形成溫差發(fā)電器的冷端，同時(shí)來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水或者是經(jīng)過排氣管路的熱水也進(jìn)入溫差發(fā)電器，形成溫差發(fā)電器的熱端，使其既能夠?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱能量進(jìn)行回收。同時(shí)，還可以通過調(diào)整冷卻液的流量、溫差發(fā)電器負(fù)載等參數(shù)而控制發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度，實(shí)現(xiàn)LNG發(fā)動(dòng)機(jī)的熱管理。


圖1是本發(fā)明能力回收裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖2是圖1中溫差發(fā)電器的立體結(jié)構(gòu)示意 圖3是圖2中多孔扁管及內(nèi)裝溫差發(fā)電片結(jié)構(gòu)示意 圖4是與多孔扁管連接的管路示意圖。圖中，標(biāo)號(hào)I為L(zhǎng)NG氣罐，2為溫差發(fā)電器，3為濾清器，4為穩(wěn)壓器，5為L(zhǎng)NG進(jìn)氣管，6為L(zhǎng)NG出氣管，7為冷卻液進(jìn)管，8為冷卻液出管，9為溫差發(fā)電片，10為封蓋，11為側(cè)孔，12為多孔扁管。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:一種基于溫差發(fā)電技術(shù)LNG發(fā)動(dòng)機(jī)能量回收裝置，參見圖1，該裝置包括LNG氣罐、溫差發(fā)電器、濾清器、穩(wěn)壓器和混合器等部件。其中，LNG氣罐I的排氣口通過LNG進(jìn)氣管5與溫差發(fā)電器2冷端進(jìn)口連接，LNG發(fā)動(dòng)機(jī)氣化器出口通過冷卻液進(jìn)管7與溫差發(fā)電器2熱端進(jìn)口連接，溫差發(fā)電器2熱端出口與LNG發(fā)動(dòng)機(jī)汽化器入口連接，溫差發(fā)電器2冷端出口通過LNG出氣管依次與濾清器3、穩(wěn)壓器4、混合器連接作為L(zhǎng)NG發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料。如圖2-圖4所示，溫差發(fā)電器2包括三層相互疊加的多孔扁管12，每層多孔扁管12內(nèi)腔設(shè)置有隔層構(gòu)成多個(gè)通道，每個(gè)通道內(nèi)均布排列固定有溫差發(fā)電片9，溫差發(fā)電片9的厚度和寬度小于通道的高度和寬度，每層多孔扁管12的兩端設(shè)置有封口管道，封口管道的側(cè)面設(shè)置有側(cè)孔11，側(cè)孔11匹配套裝在相應(yīng)多孔扁管12端部并密封固定，各封口管道的一端采用封蓋10密封。封口管道分別作為L(zhǎng)NG進(jìn)氣管5、LNG出氣管6、冷卻液進(jìn)管7和冷卻液出管8使用，具體分配如下:上層多孔扁管12作為冷卻液通道,其一端為冷卻液進(jìn)管7，另一端為冷卻液出管8 ;中間層為多孔扁管12為L(zhǎng)NG通道，其一端為L(zhǎng)NG進(jìn)氣管5，另一端為L(zhǎng)NG出氣管6 ;下層多孔扁管12也冷卻液通道,其一端為冷卻液進(jìn)管7,另一端為冷卻液出管8 ;冷卻液作為熱源的流向與LNG作為冷源的流向相反。實(shí)施例2:附圖未畫，內(nèi)容與實(shí)施例1基本相同，相同之處不重述，不同的是:溫差發(fā)電器包括五層相互疊加的多孔扁管，上層多孔扁管冷卻液通道，其一端為冷卻液進(jìn)管，另一端為冷卻液出管；相鄰的下層多孔扁管為L(zhǎng)NG通道，其一端為L(zhǎng)NG進(jìn)氣管，另一端為L(zhǎng)NG出氣管；冷卻液通道和LNG通道交替排列。實(shí)施例3:一種基于溫差發(fā)電技術(shù)LNG發(fā)動(dòng)機(jī)能量回收方法,米用LNG氣罐的氣化冷量作為冷端，采用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水作為熱端，冷端和熱端分別位于溫差發(fā)電片兩側(cè)，利用溫差發(fā)電技術(shù)進(jìn)行能量的回收，氣化后的LNG作為L(zhǎng)NG發(fā)動(dòng)機(jī)燃料使用。
權(quán)利要求
1.一種基于溫差發(fā)電技術(shù)LNG發(fā)動(dòng)機(jī)能量回收裝置，包括溫差發(fā)電器，其特征是:LNG氣罐的排氣口通過LNG進(jìn)氣管與溫差發(fā)電器冷端進(jìn)口連接，LNG發(fā)動(dòng)機(jī)氣化器出口通過冷卻液進(jìn)管與溫差發(fā)電器熱端進(jìn)口連接，溫差發(fā)電器熱端出口與LNG發(fā)動(dòng)機(jī)汽化器入口連接，溫差發(fā)電器冷端出口通過LNG出氣管依次與濾清器和穩(wěn)壓器連接，之后與混合器連接作為L(zhǎng)NG發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于溫差發(fā)電技術(shù)LNG發(fā)動(dòng)機(jī)能量回收裝置，其特征是:所述溫差發(fā)電器包括至少三層相互疊加的多孔扁管，每層多孔扁管內(nèi)腔設(shè)置有隔層構(gòu)成多個(gè)通道，每個(gè)通道內(nèi)均布排列固定有溫差發(fā)電片，溫差發(fā)電片的厚度和寬度小于通道的高度和寬度；每層多孔扁管的兩端設(shè)置有封口管道，封口管道的側(cè)面設(shè)置有側(cè)孔，側(cè)孔匹配套裝在相應(yīng)多孔扁管端部并密封固定，各封口管道的一端被密封；上層多孔扁管冷卻液通道，其一端為冷卻液進(jìn)管，另一端為冷卻液進(jìn)管；相鄰的下層多孔扁管為L(zhǎng)NG通道,其一端為L(zhǎng)NG進(jìn)氣管，另一端為L(zhǎng)NG出氣管；冷卻液通道和LNG通道交替排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于溫差發(fā)電技術(shù)LNG發(fā)動(dòng)機(jī)能量回收裝置，其特征是:共有三層多孔扁管，上層多孔扁管為冷卻液通道，其一端為冷卻液進(jìn)管，另一端為冷卻液出管；中間層多孔扁管為L(zhǎng)NG通道，其一端為L(zhǎng)NG進(jìn)氣管，另一端為L(zhǎng)NG出氣管；下層多孔扁管冷卻液通道，其一端為冷卻液進(jìn)管，另一端為冷卻液出管；冷卻液作為熱源的流向與LNG作為冷源的流向相反。
4.一種基于溫差發(fā)電技術(shù)LNG發(fā)動(dòng)機(jī)能量回收方法，其特征是:在溫差發(fā)電片的冷端采用LNG氣罐氣化形成的冷量，在溫差發(fā)電片的熱端采用LNG發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水形成的熱量，利用溫差發(fā)電片發(fā)電實(shí)現(xiàn)能量回收，氣化后的LNG作為L(zhǎng)NG發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于溫差發(fā)電技術(shù)LNG發(fā)動(dòng)機(jī)能量回收裝置和方法，包括溫差發(fā)電器，LNG氣罐的排氣口通過LNG進(jìn)氣管與溫差發(fā)電器連接，溫差發(fā)電器的LNG出氣管通過濾清器和穩(wěn)壓器后與混合器連接。本發(fā)明能夠在完成LNG氣化功能的同時(shí)還能夠利用溫差發(fā)電技術(shù)進(jìn)行能量回收，既能夠利用發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱能量，又能夠利用LNG車輛特有的冷能，最大程度的提高能量回收效率，改善車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，還可以通過調(diào)整冷卻液的流量、溫差發(fā)電器負(fù)載等參數(shù)而控制發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度，實(shí)現(xiàn)LNG發(fā)動(dòng)機(jī)的熱管理。
文檔編號(hào)F02M21/02GK103174549SQ20131011476
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月3日
發(fā)明者馬宗正, 余永昌, 李莉 申請(qǐng)人:河南農(nóng)業(yè)大學(xué)