一种天然气发动机废气热能与LNG冷能联合利用系统

一种天然气发动机废气热能与lng冷能联合利用系统
技术领域
1.本发明涉及的是一种天然气发动机，具体地说是天然气发动机的废热与冷能利用系统。

背景技术：

2.天然气发动机的燃料一般是以液态存储在lng气罐中，在其进入天然气发动机中燃烧前需要加热，在这个过程中就会存在冷能的浪费。
3.天然气发动机的废气一般用于废气涡轮增压器中，对新鲜空气进行增压，但是其出口温度依旧能够达到700℃，这表明涡轮增压器并不能充分利用天然气发动机的废气中潜在的热能，在这个过程中还有热能利用的空间。
4.温差发电技术的原理是电子的扩散速度与温度成正比，金属中温度不均匀时，温度高处的自由电子比温度低处的自由电子动能大。当温度不均匀是，自由电子从温度高端向温度低端扩散，在低温端堆积起来，从而在导体金属内形成电场，在金属棒两端便引成一个电势差，此时如果外接一个负载例如蓄电池，那么就会形成电流回路。只要形成电势差的冷源和热源持续维持温差，那么温差发电器就能持续工作。当其他条件给定时，在一定范围内，冷端和热端的温差越大，发电效率越高，而且对于同样大小温差，在一定范围内，越处于低温区，发电效率越高。温差发电装置具有结构简单、寿命长、无噪声、无运动件等优点，受到了越来越多的关注，并在诸多领域得到了应用。
5.对于传统的冷能或者热能利用温差发电装置，热源与冷源工质都是从温差发电片的一个方向流进，另外一个方向流出，这会导致温差发电片导热不均匀，进而影响电势差的平衡，降低温差发电装置的输出电压稳定性和效率。

技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供提高天然气发动机整体能量效率、进而提高经济性的一种天然气发动机废气热能与lng冷能联合利用系统。
7.本发明的目的是这样实现的：
8.本发明一种天然气发动机废气热能与lng冷能联合利用系统，其特征是：包括天然气发动机、温差发电装置、进气混合器、废气混合器、lng混合器、lng储气罐，天然气发动机的进气管和排气管分别连接进气混合器和废气混合器，废气混合器通过第一电控三通阀连接涡轮增压器的涡轮，进气混合器连接涡轮增压器的压气机，进气混合器通过第二电控三通阀连接lng混合器，lng混合器连接lng储气罐，所述温差发电装置包括冷端和热端，冷端与热端之间安装温差发电片，冷端分别设置第一冷端进口、第二冷端进口、第一冷端出口、第二冷端出口，热端分别设置第一热端进口、第二热端进口、第一热端出口、第二热端出口，第一冷端入口、第二冷端入口通过第一三通阀连接第一电控三通阀，第一热端出口、第二热端出口通过第二三通阀连接废气混合器，第一热端进口、第二热端进口通过第三三通阀连接第二电控三通阀，第一冷端出口、第二冷端出口通过第四三通阀连接lng混合器。
9.本发明还可以包括：
10.1、温差发电装置连接蓄电池。
11.2、温差发电装置的温差发电片为圆形，热端与冷端为用于流通工质的管道结构，其结构为中心对称的双螺旋结构，对于单个热端或者冷端，两个工质入口分别位于双螺旋结构的不同起点与终点，一个位于圆心处且正对着温差发电片进入，另一个位于螺旋直径最大处且与螺旋线相切进入；工质出口与工质入口相反，一个位于圆心处背对着温差发电片流出，另一个位于螺旋直径最大处且与螺旋线相切流出。
12.3、在温差发电装置热端与温差发电片的间隙以及冷端与温差发电片的间隙中分别填充导热材料，在热端与冷端的管道没有与温差发电片相邻的表面分别涂装隔热材料。
13.本发明的优势在于：
14.1、能够充分的利用温差发电装置温差越大，效率越高的优点，将天然气发动机的lng冷能与废气热能联合利用，提高能量利用效率和经济性。
15.2、中心对称双螺旋的结构能够统一温差发电片冷端和热端的温度，提高温差发电片的效率以及稳定性。
16.3、温差发电装置的工质采用“回热”模式的进气方式，能够更加充分的利用废气热能与lng冷能，采用电控三通阀控制流量的方式也能确保该能量利用系统的工作不会影响到天然气发动机的工作需要。
附图说明
17.图1为本发明的结构示意图；
18.图2为温差发电装置中心对称双螺旋结构的轴测图。
具体实施方式
19.下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
20.结合图1-2，本发明为是一种天然气发动机废气热能与lng冷能联合利用系统，包括天然气发动机1、lng储气罐7、缓冲罐10、lng混合器9、废气混合器5、温差发电装置4、涡轮增压器8、电控系统2，天然气发动机1的排气通过管道通入废气混合器5，与来自温差发电装置热端出口17的废气混合，然后在电控三通阀6的控制下将混合废气分别通给温差发电装置的热端入口18和涡轮增压器8。lng储罐7中的lng通过管道通入lng混合器9，与来自温差发电装置冷端出口23的lng混合，然后再电控三通阀11的控制下将混合lng分别通给温差发电装置的冷端入口22与汽化器13，汽化器13与该电控三通阀11间通过管道联通一个缓冲罐10。
21.通给温差发电装置热端19的混合废气通过一个三通阀16平均分成两路，从温差发电装置热端的两个进口18分别通入温差发电装置4，并且分别从热端的两个出口17通过一个三通阀16汇流进入废气混合器5；通给温差发电装置冷端21的lng通过一个三通阀16平均分成两路，从温差发电装置冷端的两个进口22分别通入温差发电装置，并且分别从冷端的两个出口23通过一个三通阀16汇流进入lng混合器9。
22.温差发电装置4的外接负载是一个蓄电池3，当温差发电装置4工作时，将电能储存起来，或用于给其他设备供电，或用于给电控系统供电。
23.在天然气发动机进气混合器12出口处设置天然气浓度传感器14与压力传感器15，用于监测天然气发动机进气混合器12的天然气浓度与压力，并根据天然气发动机1的需要，分别控制电控三通阀6或11向温差发电装置热端19或冷端21通入的废气或lng的比例；
24.温差发电装置的温差发电片20为圆形，热端19与冷端21分别位于温差发电片20的正反面，是用于流通工质的管道结构，其结构为中心对称的双螺旋结构，如图2所示，对于单个热端或者冷端来说，它的两个工质入口分别位于双螺旋结构的不同起点与终点，一个位于圆心处且正对着温差发电片进入，另一个位于螺旋直径最大处且与螺旋线相切进入；而工质出口刚好与之相反，一个位于圆心处背对着温差发电片流出，另一个位于螺旋直径最大处且与螺旋线相切流出。
25.在温差发电装置热端19与温差发电片20的间隙以及冷端21与温差发电片20的间隙中分别填充导热材料，在热端19与冷端21的管道没有与温差发电片20相邻的表面分别涂装隔热材料。

技术特征：

1.一种天然气发动机废气热能与lng冷能联合利用系统，其特征是：包括天然气发动机、温差发电装置、进气混合器、废气混合器、lng混合器、lng储气罐，天然气发动机的进气管和排气管分别连接进气混合器和废气混合器，废气混合器通过第一电控三通阀连接涡轮增压器的涡轮，进气混合器连接涡轮增压器的压气机，进气混合器通过第二电控三通阀连接lng混合器，lng混合器连接lng储气罐，所述温差发电装置包括冷端和热端，冷端与热端之间安装温差发电片，冷端分别设置第一冷端进口、第二冷端进口、第一冷端出口、第二冷端出口，热端分别设置第一热端进口、第二热端进口、第一热端出口、第二热端出口，第一冷端入口、第二冷端入口通过第一三通阀连接第一电控三通阀，第一热端出口、第二热端出口通过第二三通阀连接废气混合器，第一热端进口、第二热端进口通过第三三通阀连接第二电控三通阀，第一冷端出口、第二冷端出口通过第四三通阀连接lng混合器。2.根据权利要求1所述的一种天然气发动机废气热能与lng冷能联合利用系统，其特征是：温差发电装置连接蓄电池。3.根据权利要求1所述的一种天然气发动机废气热能与lng冷能联合利用系统，其特征是：温差发电装置的温差发电片为圆形，热端与冷端为用于流通工质的管道结构，其结构为中心对称的双螺旋结构，对于单个热端或者冷端，两个工质入口分别位于双螺旋结构的不同起点与终点，一个位于圆心处且正对着温差发电片进入，另一个位于螺旋直径最大处且与螺旋线相切进入；工质出口与工质入口相反，一个位于圆心处背对着温差发电片流出，另一个位于螺旋直径最大处且与螺旋线相切流出。4.根据权利要求1所述的一种天然气发动机废气热能与lng冷能联合利用系统，其特征是：在温差发电装置热端与温差发电片的间隙以及冷端与温差发电片的间隙中分别填充导热材料，在热端与冷端的管道没有与温差发电片相邻的表面分别涂装隔热材料。

技术总结

本发明的目的在于提供一种天然气发动机废气热能与LNG冷能联合利用系统，目前天然气发动机的燃料一般是以液态存储在LNG气罐中，在其进入天然气发动机中燃烧前需要加热，在这个过程中就会存在冷能的浪费。此外天然气发动机的涡轮增压器出口温度能够达到700℃，并不能充分利用天然气发动机的废气中潜在的热能，在这个过程中还有热能利用的空间。为解决这种能源浪费的问题，本发明同时利用这两种能量的温差发电装置及其附属系统，以此来实现对两种能量的综合利用；通过安装在排气管道和LNG进气管道上的电控三通阀来匹配符合天然气发动机运行工况；通过回热形式的管道布置和特殊的双螺旋结构来实现温差发电装置热端和冷端的温度均匀性。温度均匀性。温度均匀性。