一种发动机废热利用发电系统的制作方法

本实用新型属于汽车发动机废热利用发电设备技术领域，具体涉及一种发动机废热利用发电系统。

背景技术：

汽车发动机冷却循环系统是将发动机正常工作时产生的热量及时散发出去，以保证发动机在最适宜的温度(一般为90℃)下正常工作，汽车发动机冷却循环系统性能的好坏直接影响发动机的使用寿命和车辆的燃油经济性。目前主流汽车发动机燃料利用率较低，燃油燃烧产生热量的较小一部分(一般为30％左右)用来做功，其余燃油热量主要通过发动机冷却循环系统以废热形式排放到空气当中。因此现有发动机燃料利用率较低，而较低的燃料利用率必然导致过多的燃料消耗，过多的燃料消耗势必造成对石化能源的过度依赖和给环境治理工作带来较大的压力，而目前汽车尾气污染也已经成为环保工作不得不考虑的一个重要因素；此外现有市场上汽车发动机冷却循环系统结构比较复杂并且功能比较单一，其昂贵的成本只是为了把发动机工作时产生的不能用于做功的热量以废热形式排放出去。以上列举的诸多因素就是目前主流发动机冷却系统的应用现状，因而研究和开发一种新型发动机废热利用冷却循环系统就既有积极的现实意义也有很强的必要性。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种发动机废热利用发电系统，能够有效提高汽车发动机热效率。

本实用新型所采用的技术方案是：一种发动机废热利用发电系统，包括发动机机体和发动机机体上设置的发动机进水管和发动机出水管，发动机进水管上连通有第一循环泵，发动机出水管通过管道连通有检测控制单元，检测控制单元通过管道与发动机进水管连通，检测控制单元还通过管道连通有温差发电单元，温差发电单元通过管道与发动机进水管连通，温差发电单元还通过管道连通有散热单元。

本实用新型的特点还在于，

检测控制单元包括热循环进水管，热循环进水管上设置有温度传感器，热循环进水管的一端连通至发动机出水管，热循环进水管的另一端分别连通有大循环进水管和小循环进水管，大循环进水管上设置有第一电磁阀，大循环进水管的另一端与温差发电单元连通，小循环进水管上设置有第二电磁阀，小循环进水管与发动机进水管连通。

温差发电单元位于发动机机体的顶部，温差发电单元包括上下并列间隔设置的若干热层水管片和若干冷层水管片，热层水管片和冷层水管片在竖直方向上交替排布，相邻的热层水管片和冷层水管片之间设置有若干相互连接的温差发电片，热层水管片和冷层水管片均为矩形，热层水管片沿长度方向的一侧共同连通有热层进水箱，热层进水箱与大循环进水管相连通，热层水管片沿长度方向的另一侧共同连通有热层出水箱，热层进水箱和热层出水箱在热层水管片的长度方向上相互错开，热层出水箱与发动机进水管之间连通有热循环出水管；冷层水管片沿长度方向的一侧共同连通有冷层进水箱，冷层水管片沿长度方向的另一侧共同连通有冷层出水箱，冷层进水箱和冷层出水箱在冷层水管片的长度方向上相互错开，冷层进水箱正对冷层水管片宽度 方向的另一侧为热层进水箱，冷层进水箱和冷层出水箱均通过管道与散热单元相连通。

热层进水箱、热层出水箱、冷层进水箱和冷层出水箱的大小相同，热层水管片和冷层水管片的大小均相同，热层进水箱的长度为热层水管片长度的一半。

热层水管片上和冷层水管片上均沿长度方向均匀间隔开设有若干等长的长条形第一限流孔，第一限流孔均位于热层水管片宽度方向和冷层水管片宽度方向的中间位置；热层进水箱、热层出水箱、冷层进水箱和冷层出水箱对应第一限流孔的位置均开设有上下贯通的第二限流孔。

散热单元包括设置于发动机机体一侧的散热器和发动机机体上靠近散热器设置的风扇，散热器的上下两端分别固定连通有上水室和下水室，上水室与冷层出水箱之间连通有冷循环出水管，上水室与冷层出水箱之间的冷循环出水管上连通有第二循环泵，下水室上固定连通有散热器出水管，散热器出水管的另一端与冷层进水箱之间连通有冷循环进水管，下水室上还固定连通有放水管，放水管上设置有放水阀。

热层进水箱与大循环进水管连接处的高度不低于热层出水箱与热循环出水管连接处的高度；冷层进水箱与冷循环进水管连接处的高度不低于冷层出水箱与冷循环出水管连接处的高度。

发动机机体相邻散热器的一侧设置有第一膨胀水箱，第一膨胀水箱分别通过管道连通至冷循环出水管和散热器出水管，第一膨胀水箱与冷循环出水管之间的管道上设置有第三电磁阀，第一膨胀水箱与散热器出水管之间的管道上设置有第四电磁阀；第一膨胀水箱还通过管道连通至上水室。

发动机机体相对第一膨胀水箱的一侧设置有第二膨胀水箱，第二膨胀水箱分别通过管道连通至热循环进水管和发动机进水管，第二膨胀水箱与热循环进水管之间的管道上设置有第五电磁阀，第二膨胀水箱与发动机进水管之间的管道上设置有第六电磁阀；第二膨胀水箱还通过管道连通至发动机机体。

发动机出水管还通过管道依次连通有暖风水箱和暖风机，暖风水箱和暖风机均位于发动机机体相对散热器的一侧，暖风机通过管道连通至发动机进水管，发动机出水管和暖风水箱之间的管道上设置有第七电磁阀。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的一种发动机废热利用发电系统，温差发电单元不仅可以将发动机工作时产生的余热加以吸收利用，保证发动机处于正常的工作状态，而且温差发电单元还能产生电能，从而间接提高热效率。其中，冷热循环管路可以提供持续的温差效应，来保证温差发电单元稳定、高效的工作。

附图说明

图1是本实用新型的一种发动机废热利用发电系统的连接关系图；

图2是本实用新型的一种发动机废热利用发电系统的结构示意图；

图3是图2中本实用新型的一种发动机废热利用发电系统的俯视图；

图4是图2中本实用新型的一种发动机废热利用发电系统的仰视图；

图5是图2中本实用新型的一种发动机废热利用发电系统的后视图；

图6是本实用新型的一种发动机废热利用发电系统中部分温差发电单元的结构示意图；

图7是图6中本实用新型的一种发动机废热利用发电系统的剖视图；

图8是本实用新型的一种发动机废热利用发电系统中热层水管片的结构 示意图；

图9是本实用新型的一种发动机废热利用发电系统中冷层水管片中水流流向示意图；

图10是本实用新型的一种发动机废热利用发电系统中温差发电片的连接关系示意图。

图中，1.发动机机体，2.发动机进水管，3.发动机出水管，4.第一循环泵，5.检测控制单元，6.温差发电单元，7.散热单元，8.热循环进水管，9.温度传感器，10.大循环进水管，11.小循环进水管，12.第一电磁阀，13.第二电磁阀，14.热层水管片，15.冷层水管片，16.温差发电片，17.热层进水箱，18.热层出水箱，19.热循环出水管，20.冷层进水箱，21.冷层出水箱，22.第一限流孔，23.第二限流孔，24.散热器，25.风扇，26.上水室，27.下水室，28.冷循环出水管，29.第二循环泵，30.散热器出水管，31.冷循环进水管，32.放水管，33.放水阀，34.第一膨胀水箱，35.第三电磁阀，36.第四电磁阀，37.第二膨胀水箱，38.第五电磁阀，39.第六电磁阀，40.暖风水箱，41.暖风机，42.第七电磁阀，43.蓄电池。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型提供了一种发动机废热利用发电系统，如图1所示，包括发动机机体1和发动机机体1上设置的发动机进水管2和发动机出水管3，发动机进水管2上连通有第一循环泵4，发动机出水管3通过管道连通有检测控制单元5，检测控制单元5通过管道与发动机进水管2连通，当检测到发动机的出水温度较低时，直接进行发动机冷却系统的热端小循环，冷却水直接流入发动机进水管2，检测控制单元5还通过管道连通有温差发电单元6， 温差发电单元6通过管道与发动机进水管2连通，当检测控制单元5检测到发动机的出水温度较高时，发动机内的冷却水进入热端大循环经温差发电单元6冷却后流入发动机进水管2，温差发电单元6还通过管道连通有散热单元7，用以提供冷循环的冷源，结合热循环的热端大循环给温差发电单元提供持续的温差效应。

如图2至图5所示，检测控制单元包括热循环进水管8，热循环进水管8上设置有温度传感器9，热循环进水管8的一端连通至发动机出水管3，热循环进水管8的另一端分别连通有大循环进水管10和小循环进水管11，大循环进水管10上设置有第一电磁阀12，大循环进水管10的另一端与温差发电单元6连通，小循环进水管11上设置有第二电磁阀13，小循环进水管11与发动机进水管2连通。

如图6至图9所示，温差发电单元6位于发动机机体1的顶部，温差发电单元6包括上下并列间隔设置的若干热层水管片14和若干冷层水管片15，热层水管片14和冷层水管片15在竖直方向上交替排布，相邻的热层水管片14和冷层水管片15之间设置有若干相互连接的温差发电片16，同一层相同温度区域的温差发电片16相互串联，不同温度区域的温差发电片16相互并联；不同层之间的温差发电片16相互并联，之后可以连接至蓄电池43，以备用。热层水管片14和冷层水管片15均为矩形，热层水管片14沿长度方向的一侧共同连通有热层进水箱17，热层进水箱17与大循环进水管10相连通，热层水管片14沿长度方向的另一侧共同连通有热层出水箱18，热层进水箱17和热层出水箱18在热层水管片14的长度方向上相互错开，热层出水箱18与发动机进水管2之间连通有热循环出水管19；冷层水管片15沿长 度方向的一侧共同连通有冷层进水箱20，冷层水管片15沿长度方向的另一侧共同连通有冷层出水箱21，冷层进水箱20和冷层出水箱21在冷层水管片15的长度方向上相互错开，冷层进水箱20正对冷层水管片15宽度方向的另一侧为热层进水箱17，热层进水箱17、热层出水箱18、冷层进水箱20和冷层出水箱21的大小相同，热层水管片14和冷层水管片15的大小均相同，热层进水箱17的长度为热层水管片14长度的一半，冷层进水箱20和冷层出水箱21均通过管道与散热单元7相连通。温差发电片16位于冷热交替的水管片之间，可以充分利用冷热层水管片之间的不能做功的多余热量，而采用热层水管片14进水口和冷层水管片15进水口相对，热层水管片14出水口和冷层水管片15出水口相对，使冷热层水流形成对流，能最大限度的利用不能做功的多余热量。热层水管片14上和冷层水管片15上均沿长度方向均匀间隔开设有若干等长的长条形第一限流孔22，第一限流孔22均位于热层水管片14宽度方向和冷层水管片15宽度方向的中间位置；热层进水箱17、热层出水箱18、冷层进水箱20和冷层出水箱21对应第一限流孔22的位置均开设有上下贯通的第二限流孔23。通过第一限流孔22和第二限流孔23进一步保证流进温差发电片16上下两侧的热层水管片14和冷层水管片15中的水流沿同一方向；同时，如图9所示，根据相同的水流行程位置(水流温度升高或者降低幅度是相同的)布置串联的温差发电片16，不同的水流行程位置布置并联的温差发电片16，最大限度从结构上控制温度相同区域的温差利用，也可以结合传感器来确定温差相同区域，使温差发电片16效率最大化。

如图10所示，由于单个温差发电片16发电量有限，要充分利用回收发动机冷却循环系统的废热，必须将多片温差发电片16以一定的串并联方式 组合成温差发电片组，根据电路相关理论知识，温差发电片不同的串并联接法，对温差发电片的输出功率有不同的影响。一般的温差发电装置中，温差发电片在废热通道表面以矩阵形式布置(热电模块拓扑结构)，冷热层水管之间的温度呈现从入口到出口逐渐降低的趋势，通过多片模块串并联的实验表明，模块串联较之并联发电效率高，因此在相同温度区域采用模块串联，但单片模块有额定电流的限制，电流过大时，不仅会损害模块，也会限制功率的提高，因此需要并联方式来分流，从而采用相同温度区域采用模块串联，区域之间模块并联的结构。

散热单元7包括设置于发动机机体1一侧的散热器24和发动机机体1上靠近散热器24设置的风扇25，通过风扇25持续旋转冷却散热器24，可以将冷循环管路的热量带走，用以保证温差发电单元6冷热两端的持续温差效应，满足温差发电单元6正常发电的温差要求。散热器24的上下两端分别固定连通有上水室26和下水室27，上水室26与冷层出水箱21之间连通有冷循环出水管28，上水室26与冷层出水箱21之间的冷循环出水管28上连通有第二循环泵29，下水室27上固定连通有散热器出水管30，散热器出水管30的另一端与冷层进水箱20之间连通有冷循环进水管31，下水室27上还固定连通有放水管32，放水管32上设置有放水阀33。热层进水箱17与大循环进水管10连接处的高度不低于热层出水箱18与热循环出水管19连接处的高度；冷层进水箱20与冷循环进水管31连接处的高度不低于冷层出水箱21与冷循环出水管28连接处的高度。

发动机机体1两侧分别布置有参与冷循环连接在冷循环管路上的第一膨胀水箱34和参与热循环连接在热循环管路上的第二膨胀水箱37，可以将冷 却系统产生气体排出和给冷却系统相应的冷却液补给以及增加冷却系统的压力用以提高相应水泵的工作压力。其中，发动机机体1相邻散热器24的一侧设置有第一膨胀水箱34，第一膨胀水箱34分别通过管道连通至冷循环出水管28和散热器出水管30，第一膨胀水箱34与冷循环出水管28之间的管道上设置有第三电磁阀35，第一膨胀水箱34与散热器出水管30之间的管道上设置有第四电磁阀36；第一膨胀水箱34还通过管道连通至上水室26，用以散热器24的排气；发动机机体1相对第一膨胀水箱34的一侧设置有第二膨胀水箱37，第二膨胀水箱37分别通过管道连通至热循环进水管8和发动机进水管2，第二膨胀水箱37与热循环进水管8之间的管道上设置有第五电磁阀38，第二膨胀水箱37与发动机进水管2之间的管道上设置有第六电磁阀39；第二膨胀水箱37还通过管道连通至发动机机体1，用以发动机机体1的排气。

发动机机体1的一侧还布置有暖风装置，可用于提供车里供暖，具体为，发动机出水管3还通过管道依次连通有暖风水箱40和暖风机41，暖风水箱40和暖风机41均位于发动机机体1相对散热器24的一侧，暖风机41通过管道连通至发动机进水管2，发动机出水管3和暖风水箱40之间的管道上设置有第七电磁阀42。

本实用新型一种发动机废热利用发电系统具体工作状态如下：汽车发动机处于最佳温度下工作对发动机性能有非常重要的影响，发动机冷却系统根据发动机受热状况的不同将开通不同的循环方式来最大化的提高发动机寿命，根据发动机出水管3处温度传感器9对水温的监测控制第一电磁阀12开通热端大循环管路、控制第二电磁阀13开通热端小循环管路，具体过程如下：

热端小循环：发动机机体1温度较低，不足以启动温差发电单元6，这是发动机冷车启动或短时间工作的工况。当发动机机体1的温度未超过设定的温度时，则打开第二电磁阀13，关闭第一电磁阀12，由发动机出水管3通过第一循环泵4进入发动机进水管2，由发动机进水管2流进发动机机体1内受热部件位置，通过水在管道内的流动适当降低水温。

热端大循环：发动机长时间工作引起发动机机体1温度很高，发动机上过多的废弃热量已经影响发动机正常工作的工况，此时需要启动温差发电单元6，收集和利用发动机冷却系统的多余热量。当发动机机体1的温度超过设定的温度时，则打开第一电磁阀12，关闭第二电磁阀13，由发动机出水管3流出水经热循环进水管8流向大循环进水管10，并通过温差发电单元6由热循环出水管19流出，进而流进发动机进水管2，由第一循环泵4流进发动机机体1内受热部件位置；与此同时，通过第二循环泵29使冷循环启动，冷却水流通过冷循环进水管31流经温差发电单元6，再通过冷循环出水管28流入上水室26，再通过上水室26流经散热器24，流进下水室27，通过散热器出水管30流入冷循环进水管31。

通过上述方式，温差发电单元6不仅可以将发动机工作时产生的余热加以吸收利用，保证发动机处于正常的工作状态，而且温差发电单元6还能产生电能，从而间接提高热效率。其中，冷热循环管路可以提供持续的温差效应，来保证温差发电单元稳定、高效的工作。本实用新型的温差发电单元6还可以布置在发动机舱或者通过管路连接布置在座椅下、后备箱等位置(轿车)，对于火车除了类似轿车的布置位置外，还可以放置在驾驶舱顶部或者车厢底部等位置，便捷性高。而且本实用新型能有效改善和解决现有混合动力汽车电力资源不足的技术难题。