[发明专利]一种用于柴油机冷启动的热电联供系统

权利要求书

1.一种用于柴油机冷启动的热电联供系统，其特征在于：包括超级电容、燃油加热器、电池、发动机机体、温差发电设备和调节部件；

所述超级电容，用于初始启动燃油加热器，使燃油加热器开始工作；由于超级电容只能短时间放电，因此无法继续为燃油加热器供电使其持续运转；超级电容与燃油加热器之间的电能供应路径为电力路径1；

所述温差发电设备，包括集热器、散热器和热电片；集热器处于中间位置，热电片和散热器分别在其两侧；集热器入口接入燃油加热器排出的气体，通过高温排气与集热器换热作热源；散热器为水冷散热器，水冷散热器接入发动机冷却水循环，通过冷却水与水冷散热器换热作冷源；热电片位于集热器与水冷散热器之间，因此在热电片的两端存在温度差，在热电效应的作用下，形成电势差，通过电势差产生电能；温差发电设备工作时产生的电能能够为燃油加热器持续供能保持持续运转，燃油加热器工作时产生的排气能够为温差发电设备的热电片两端建立温差进而输出电能，所述温差和温差发电设备产生电能形成正反馈，使燃油加热器和温差发电设备得以正常工作；高温排气在集热器入口进入温差发电设备带有大量热量，在集热器出口离开时仍具有预定热量，因此再为电池和发动机机体进行预热；温差发电设备与燃油加热器、电池之间的电能供应路径分别为电力路径5，电力路径6；

所述调节部件，位于燃油加热器排气和温差发电设备之间，用于根据排气质量流量调节排气的流动路径；排热量主要反应为排出气体的质量流量；在完成燃油加热器启动和持续运转的基础上，充分考虑燃油加热器的排热量，通过调节部件根据排热量的不同，切换四种工作模式：模式一为燃油加热器的高温排气只供给温差发电设备输出电能；模式二为燃油加热器的高温排气同时供给温差发电设备输出电能和为电池预热；模式三为燃油加热器的高温排气同时供给温差发电设备输出电能、为电池预热、为发动机机体预热；模式四为燃油加热器的高温排气在供给温差发电设备输出电能、为电池预热、为发动机机体预热的基础上，额外的热量直接排至大气环境，以免热量过多对各部件造成损害。

2.如权利要求1所述的一种用于柴油机冷启动的热电联供系统，其特征在于：调节部件包括弹簧、调节杆和外壳；燃油加热器与调节部件之间的排气路径为热力路径2；调节部件与温差发电设备、电池、发动机机体和外界环境之间的四个排气路径分别为热力路径3.1、热力路径3.2、热力路径3.3、热力路径3.4；温差发电设备与电池、发动机机体之间的两个排气路径分别为热力路径4.1、热力路径4.2；调节部件根据弹簧弹力和排气质量流量大小实现对排气路径的改变进而完成工作模式的切换，工作模式切换原理如下：

排气流量为m,重力加速度为g,则排气重力为：

G＝m*g                                (1)

弹簧的弹性系数为k,形变量为δx,则弹力为：

F_k＝k*δx                                (2)

排气流入调节部件后，受排气重力作用压缩弹簧，则：

m*g ＝ k*δx                                (3)

3.如权利要求2所述的一种用于柴油机冷启动的热电联供系统，其特征在于：工作方法包括如下步骤，

步骤一：使用超级电容启动燃油加热器，使燃油加热器开始运转；

步骤二：燃油加热器运转后会产生大量高温排气，该部分气体经过调节部件后有四种工作模式；所述四种工作模式是在考虑温差发电设备、电池、发动机机体和大气环境四者的优先级的基础上，通过调节部件来调整燃油加热器排热的流向路径；四种模式的共同之处在于高温排气在集热器出口离开时由于仍具有预定热量，因此再为电池和发动机机体进行预热，且能够保障在任一工作模式下均能够满足对电池部件和发动机机体的预热需求；

所述工作模式一，当排气流量满足mm₁时，燃油加热器排热量较小，温差发电设备由于能够产生电能供给燃油加热器实现持续运转，所以温差发电设备优先级最高，因此排气只通过热力路径3.1供给温差发电设备，此支路位于调节部件由上至下的四个支路中的第一层；

所述工作模式二，当排气流量满足m₁≤mm₂时，燃油加热器排热量较大，如果排气只通过热力路径3.1供给温差发电设备，集热器温度过高，使热电片未处在最适工作范围，导致输出电能减小，因此热量需供给其他部件；电池由于用于发动机启动，所以发动机启动优先级仅次于温差发电设备，因此排气还通过热力路径3.2供给电池，此支路位于调节部件由上至下的四个支路中的第二层；

所述工作模式三，当排气流量满足m₂≤mm₃时，燃油加热器排热量进一步增大，如果排气只通过热力路径3.1供给温差发电设备、通过热力路径3.2供给电池，则除了不利于热电片的输出性能，还导致较高热量没及时供给发动机机体预热，影响发动机冷启动工作，没能充分减少冷启动准备时间，进而制约冷启动性能；发动机机体由于在启动前需建立合适的启动温度条件，所以优先级再次于电池，因此排气还通过热力路径3.3供给发动机机体，此支路位于调节部件由上至下的四个支路中的第三层；

所述工作模式四，当排气流量满足m≥m₃时，燃油加热器排热量过大，如果排气只通过热力路径3.1供给温差发电设备、通过热力路径3.2供给电池、通过热力路径3.3供给发动机机体，可能对各部件造成损害；为了避免造成损害，通过直接将过多的热量排至大气环境，而所述部分只作为过热保护，所以大气环境优先级最低，因此排气还通过热力路径3.4排给大气环境，此支路位于调节部件由上至下的四个支路中的第四层；

根据排气流量和结构的尺寸，四种工作模式切换的临界条件如下：

当m＝m₁,

m₁*g ＝ k*L₁                                (4)

当m＝m₂,

m₂*g ＝ k*L₂                                (5)

当m＝m₃,

m₃*g ＝ k*L₃                                (6)

步骤三：温差发电设备产生的电能用于给燃油加热器供能，进而维持燃油加热器的持续运转；在保证燃油加热器正常工作使用外，当电池达到适宜的充电温度，电能能够用于为电池充电，供发动机启动使用；

步骤四：当发动机达到启动温度，则发动机能够进行启动，根据步骤一至步骤二实现燃油加热器的启动和持续运转，同时能够满足为电池部件和发动机机体预热的需求；此外，在燃油加热器排热量不同时，根据步骤二切换不同工作模式，使得温差发电设备处于最适工作状态，同时减少冷启动准备时间，实现能量的充分、高效利用。