[发明专利]以柴油机余热为热源的碱金属热电直接转换器发电装置

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种动力能源领域的能量综合利用系统，具体地说是一种用柴油机的排气作为碱金属热电直接转换器的热源的发电装置。

(二)背景技术

当今社会，能源问题已经成为困扰人类社会进步和发展的重大课题之一。自从英国工业革命以来，以煤炭、石油和天然气等化石燃料为一次能源的供能系统极大地促进和推动了世界各国的经济发展。但是地球上的能源并不是取之不尽用之不竭的，自1973年世界发生石油危机以来，加上环境污染的加剧，节能问题日益引起了人们的重视。如何提高能源的利用率，减少资源的浪费，保护人类赖以生存的环境是许多人致力研究的课题。进入21世纪，我国的能源问题，尤其是石油问题，也变得日益严重。我国的矿物能源储量比较丰富，但是人均能源资源却只有世界人均能源资源的二分之一左右。二十多年来，我国经济快速、持续发展，其发展速度与质量为世界所瞩目。但同时又面临着有限的化石燃料资源和更高的环境保护要求的严峻挑战，目前我国已经世界第二大石油进口国，能源问题十分紧迫。

内燃机尤其是内燃机的主力军-柴油机是一个耗油大户。船舶柴油机燃料产生的热能中大约50％左右转化为柴油机的输出功，其余50％左右通过排气、冷却水等排放到船外，造成很大的能源浪费，以排气和气缸冷却水、活塞冷却水的排热占主要部分。其中排气废热约占燃油总热量的18％，而这其中真正可供利用的可达12％，冷却水带出的热量约占燃油总热量的16％，柴油机其它散热占燃油总热量的的比例大约为16％。但是并不是所有的除了输出功以外的50％的能量都能拿来进行余热再利用的，比如柴油机的其它散热这项，这部分热量主要通过柴油机机体、空气冷却器、滑油冷却器、油头冷却器等多条途径散失，这部分余热利用较困难，经济价值不高。在可再利用的余热中由于热量自身性质的不同(温度、压力等参数)其可应用的范围也不同。

对余热的利用不仅仅是利用余热的多少，更重要的是根据余热的品质好坏提高其利用的经济性。余热的温度越高，其品质越好，利用价值也越高。柴油机废气能量约占燃油总热量18％左右，其可利用部分也达12％左右，约为柴油机有效功率的1/4。

碱金属热电转换装置(the Alkali Metal Thermal to Electric converter)简写为AMTEC，是一种新型能量转换技术，它以液态碱金属或气态碱金属(锂、钾、钠)为工质，β”-Al₂O₃固体电解质(BASE)为离子选择性渗透膜，这种陶瓷材料对离子是良导体，而对电子几乎是绝缘体，这是碱金属热电转换器工作的基础。理论上，热电转换效率可达30％-40％。AMTEC可直接将太阳能、外部燃烧、放射性同位素、反应器热源和余热产生的热能转换成电能。工质钠(液态或气态)在封闭循环系统中运行，其转换过程特点为等温膨胀/压缩，等压加热，因此可获得高效率。AMTEC具有很多优点：洁净无噪声、设备结构紧凑、维护量小、适合分散布置等。

在柴油机众多的余热中，排气废热的温度大约在400℃左右，在一定的条件下这可以满足碱金属热电直接转换器对热源温度的要求，可用来作为AMTEC的热源使用。AMTEC可使这部分余热得到很好的利用。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种合理利用柴油机的排气余热，以期对这些能量进行合理的利用，提高能量的利用效率的以柴油机余热为热源的碱金属热电直接转换器发电装置。

本发明的目的是这样实现的：

柴油机的排气管道排出的排气，连接于热交换器上的传热工质流入端口，热交换器设置于蓄热器内部，热交换器的周围为蓄热器的吸热材料，热交换器和蓄热器之间有绝热密封装置，排气余热经热交换器的外壁兼导热层传导到蓄热器吸热材料储存在蓄热器中，碱金属热电转换装置与蓄热器通过接口连接，蓄热器中的热量通过其热输出接口和碱金属热电转换装置的热输入接口传导到碱金属热电转换装置内，使碱金属热电转换装置内的碱金属工质达到工作条件要求，碱金属热电转换装置工作产生电流，电流经其正极流出流过负载做功后回到负极，废气先后经过热交换器的排气流出端口和废气排放管道排出。

柴油机的排气管道通过连接件连接一外部附加排气管道，外部附加排气管道外部有一层保温层，外部附加排气管道连接于热交换器上的传热工质流入端口。

所述蓄热器为高温相变蓄热器或者高温化学蓄热器。