[发明专利]一种基于联合循环的内燃机余热利用装置和方法

说明书

本发明属于内燃机领域，并公开了一种基于联合循环的内燃机余热利用装置和方法，该装置包括内燃机机体、内燃机排气管、进水管、出水管、换热管、发电系统、冷凝系统和电子温控三通阀；该方法包括以下步骤：(1)水箱装置内的冷却水流经内燃机机体的冷却水道并升温；(2)电子温控三通阀控制水流流量和去向；(3)进入换热管内的冷却水被加热成高温高压蒸汽流入发电系统进行发电；(4)做功后的蒸汽被冷却后进入集水器，再由水泵抽入进水管并进入内燃机机体的冷却水道内。本发明有利于进一步提高内燃机系统的有效功，即可以进一步提高内燃机系统的热效率，从而更有效地利用能源。

技术领域

本发明属于内燃机领域，更具体地，涉及一种基于联合循环的内燃机余热利用装置和方法。

背景技术

全球能源消耗的激增以及以此带来的环境污染，让越来越多的工程师开始关注并致力于节能减排工程。在内燃机领域，内燃机的有效功只占整个燃油燃烧发热量的30％～40％左右，其他60％～70％的发热量都通过冷却水或内燃机排气散失掉而无法利用。因此，除提高内燃机自身的热效率，增加内燃机有效功外，针对内燃机散失掉的热量进行余热利用也能达到内燃机节能减排的效果。而利用内燃机余热的主要方式有余热发电、余热取暖等。

目前市场占有率最高的内燃机是车用内燃机，以车用柴油机为例，其热效率一般在30％到40％之间，即燃油燃烧产生的热量，只有30％～40％转化为有效功，推动汽车行进，而其中的一部分(约30％)由内燃机机体传热散失掉，另外还有30％的热量则随尾气排出。通过这两种热量散失方式会产生两个效果，即内燃机机体温度过高，以及内燃机排气管温度过高。其中，针对内燃机机体温度过高，又需要专门建立一套冷却系统，以保证内燃机机体始终处在一个合适的温度正常运转，从而提高内燃机的可靠性。

近些年来，在美国和日本已经出现了在内燃机排气管布置热电式温差发电机来实现余热发电的技术，但这些技术一方面需要用到成本较高的热电材料，另一方面目前热电传感器的转换效率很低，大致为2％～5％，使得从内燃机尾气热量中转换的电能非常有限。

专利文献CN 205154324 U公开了一种内燃机余热发电机。该装置将尾气通道本体串接在内燃机排气管热端管路上，将多个温差发电模块贴合分布在冷却水管道外表面，一定程度的提高了尾气热量获取效率，提高了温差发电的效率。该装置拟利用内燃机尾气余热发电，继而提高内燃机系统的热利用率，以达到节能的目的，具有一定的应用前景。

但是，专利文献CN 205154324 U公开的一种内燃机余热发电机仍存在以下不足：

(1)在没有减少内燃机系统中任何部件的情况下，温差发电机的增加了内燃机的体积，增加了内燃机布置的难度；

(2)采用热电传感器，未能突破热电温差发电的传统模式，由于热电材料的转化率太低(大致为2％～5％)，使得热电式尾气发电成本较高，并且发电量较低；

(3)温差发电模式只利用到了排气的余热，而没有利用到同样占比很高(约30％)的发动机机体传热损失(体现为冷却水的热能)。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于联合循环的内燃机余热利用装置及方法，不仅能利用内燃机尾气余热，还能利用发动机冷却水热量，并且采用热效率较高的蒸汽轮机方式，从而实现内燃机系统余热利用总量和余热转换效率的同步大幅提升。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于联合循环的内燃机余热利用装置，其特征在于，包括内燃机机体、内燃机排气管、进水管、集水器、出水管、换热管、发电系统、冷凝器和电子温控三通阀，其中，

所述内燃机机体的排气口连接所述内燃机排气管；

所述进水管的一端连接所述内燃机机体的冷却水道的入口，该进水管的另一端分别连接集水器和电子温控三通阀的A向出水口，所述集水器与电子温控三通阀A向出水口中的水由水泵牵引进入所述进水管；