1.本发明属于能量回收技术领域，特别是涉及一种用于换热系统的温差发电装置。
背景技术：2.内燃机是在工农业生产中广泛使用的动力源(如机械车辆及发电系统等)。以内燃机作为动力源的车辆和设备，其换热系统通常采用水冷散热方式实现内燃机的降温，冷却水流入内燃机水套被内燃余热加热为高温水，之后高温水会进入散热器中，通过自然风冷或风扇强制风冷的方式降低冷却水的温度，降温后的冷却水重新返回内燃机的水套中再次吸热升温，从而实现对内燃机的持续降温。在上述过程中，内燃机产生的热能都在水冷散热过程中被排放到环境中，传统上通常不对该温差能量加以利用。换句话说，低温风冷气流与高温换热器之间的温差能量被白白浪费掉了。
3.此外，针对大型楼宇、厂房、工程设施内部配套使用的发电机系统，通常会配有应急或常备的柴油发电机系统，在其中很多应用场景下，由于柴油发电机需要安装在室内，而室内的空气流通能力不足以带走巨大的柴油发电机散热量，此时的柴油发电机散热通常采用在柴油发电机附近设置板式换热器的方式，流经柴油发电机的高温冷却水通过板式换热器将热量交换给外部冷却水，再在厂房外面的合适地方设置风冷等形式的热交换装置，将柴油发电机的散热排放到环境中，然而传统的板式换热器在冷水与热水进行热传导的过程中，也会浪费掉大量的温差能量。
4.因此，若能够在低温风冷气流与高温换热器内冷却水发生热传导的过程中，或是在板式换热器内热水与冷水发生热传导的过程中，对温差能量进行回收利用，则可以充分利用温差能量。
5.然而，传统的温差能量回收利用装置通常需要复杂的机械结构，或是难以解决散热需求与发电功能之间的矛盾，故而无法应用在以内燃机作为动力源的车辆和设备中。针对大型楼宇、厂房、工程设施内部配套使用的应急或常备的柴油发电机系统来说，其中的换热系统所使用的板式换热器中还没有关于温差能量回收的相关报道。
技术实现要素：6.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于换热系统的温差发电装置，机械结构更加简单，并能解决散热需求与发电功能之间的矛盾；既能应用于使用散热水箱方式的内燃机散热系统，也能应用于使用板式换热器的散热系统；既可应用于以内燃机作为动力源的机械车辆中，又可应用于大型楼宇、厂房、工程设施内部配套使用的应急或常备的柴油发电机系统等设备中；在实现温差发电功能的同时，能够确保内燃机对散热能力的需求，有效改善能量利用效率。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于换热系统的温差发电装置，当应用于使用散热水箱进行散热的内燃机时，包括温差发电散热器、翅片式散热器、散热风扇、进水分流控制器及出水分流控制器；所述温差发电散热器与翅片式散热器并列设
置，所述散热风扇位于温差发电散热器与内燃机之间；所述进水分流控制器的热水进口与内燃机的水套出水口连通，进水分流控制器的第一热水出口与温差发电散热器的进水口相连通，进水分流控制器的第二热水出口与翅片式散热器的进水口相连通；所述出水分流控制器的冷水出口与内燃机的水套进水口连通，出水分流控制器的第一冷水进口与温差发电散热器的出水口相连通，出水分流控制器的第二冷水进口与翅片式散热器的出水口相连通。
8.在所述进水分流控制器内设有分流比例控制阀，分流比例控制阀用于调控流入温差发电散热器和翅片式散热器内的冷却水比例；在所述出水分流控制器内设有温度计，所述分流比例控制阀的冷却水比例调控依据由温度计反馈的水温参数确定。
9.所述温差发电散热器采用格栅式结构，格栅结构的实体部分为冷却水流道，格栅结构的缝隙部分为风冷气流通道；所述冷却水流道采用折返回曲分布方式；在格栅结构内的风冷气流通道内设置有温差发电板，温差发电板的一侧通过导热硅胶连接到冷却水流道的外表面，温差发电板的另一侧直接暴露在风冷气流通道中或者通过导热硅胶连接金属散热片。
10.一种用于换热系统的温差发电装置，当应用于使用板式换热器进行散热的内燃机时，包括常规型板式换热器、温差发电型板式换热器、进水分流控制器及出水分流控制器；所述常规型板式换热器与温差发电型板式换热器并列设置；所述进水分流控制器的热水进口与内燃机的水套出水口连通，进水分流控制器的第一热水出口与温差发电型板式换热器的进水口相连通，进水分流控制器的第二热水出口与常规型板式换热器的进水口相连通；所述出水分流控制器的冷水出口与内燃机的水套进水口连通，出水分流控制器的第一冷水进口与温差发电型板式换热器的出水口相连通，出水分流控制器的第二冷水进口与常规型板式换热器的出水口相连通。
11.在所述进水分流控制器内设有分流比例控制阀，分流比例控制阀用于调控流入温差发电型板式换热器和常规型板式换热器内的冷却水比例；在所述出水分流控制器内设有温度计，所述分流比例控制阀的冷却水比例调控依据由温度计反馈的水温参数确定。
12.所述常规型板式换热器的外部冷却水进口与温差发电型板式换热器的外部冷却水进口汇接在一起与室外热交换装置的出水口连通；所述常规型板式换热器的外部冷却水进口与温差发电型板式换热器的外部冷却水出口汇接在一起与室外热交换装置的进水口连通。
13.所述温差发电型板式换热器包括夹板、导热隔板及温差发电隔板；所述导热隔板与温差发电隔板的外形尺寸完全相同，若干导热隔板和温差发电隔板叠合装夹在两张夹板中间，相邻隔板之间形成换热水腔，换热水腔内流经冷水或热水，且流经冷水的换热水腔与流经热水的换热水腔交替分布；所述温差发电隔板的数量至少为一个；在所述温差发电隔板内部嵌装有若干温差发电片。
14.本发明的有益效果：
15.本发明的用于换热系统的温差发电装置，机械结构更加简单，并能解决散热需求与发电功能之间的矛盾；既能应用于使用散热水箱方式的内燃机散热系统，也能应用于使用板式换热器的散热系统；既可应用于以内燃机作为动力源的机械车辆中，又可应用于大型楼宇、厂房、工程设施内部配套使用的应急或常备的柴油发电机系统等设备中；在实现温
差发电功能的同时，能够确保内燃机对散热能力的需求，有效改善能量利用效率。
附图说明
16.图1为本发明的一种用于换热系统的温差发电装置(当应用于使用散热水箱进行散热的内燃机时)的结构示意图；
17.图2为本发明的温差发电散热器的结构示意图；
18.图3为本发明的一种用于换热系统的温差发电装置(当应用于使用板式换热器进行散热的内燃机时)的结构示意图；
19.图4为本发明的温差发电型板式换热器的爆炸结构示意图；
20.图5为本发明的温差发电隔板的结构示意图(局部剖视)；
21.图中，1—温差发电散热器，11—冷却水流道，12—风冷气流通道，13—温差发电板，2—翅片式散热器，3—散热风扇，4—进水分流控制器，41—热水进口，42—第一热水出口，43—第二热水出口，5—出水分流控制器，51—冷水出口，52—第一冷水进口，53—第二冷水进口，6—内燃机，7—夹板，8—导热隔板，9—温差发电隔板，91—温差发电片，a—常规型板式换热器，b—温差发电型板式换热器。
具体实施方式
22.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
23.如图1、2所示，一种用于换热系统的温差发电装置，当应用于使用散热水箱进行散热的内燃机时，包括温差发电散热器1、翅片式散热器2、散热风扇3、进水分流控制器4及出水分流控制器5；所述温差发电散热器1与翅片式散热器2并列设置，所述散热风扇3位于温差发电散热器1与内燃机6之间；所述进水分流控制器4的热水进口41与内燃机6的水套出水口连通，进水分流控制器4的第一热水出口42与温差发电散热器1的进水口相连通，进水分流控制器4的第二热水出口43与翅片式散热器2的进水口相连通；所述出水分流控制器5的冷水出口51与内燃机6的水套进水口连通，出水分流控制器5的第一冷水进口52与温差发电散热器1的出水口相连通，出水分流控制器5的第二冷水进口53与翅片式散热器2的出水口相连通。
24.在所述进水分流控制器4内设有分流比例控制阀，分流比例控制阀用于调控流入温差发电散热器1和翅片式散热器2内的冷却水比例；在所述出水分流控制器5内设有温度计，所述分流比例控制阀的冷却水比例调控依据由温度计反馈的水温参数确定，在保证内燃机6的散热需求前提下实现温差发电。
25.所述温差发电散热器1采用格栅式结构，格栅结构的实体部分为冷却水流道11，格栅结构的缝隙部分为风冷气流通道12；所述冷却水流道11采用折返回曲分布方式；在格栅结构内的风冷气流通道12内设置有温差发电板13，温差发电板13的一侧通过导热硅胶连接到冷却水流道11的外表面，温差发电板13的另一侧直接暴露在风冷气流通道12中或者通过导热硅胶连接金属散热片，在满足散热的同时也可改善机械强度。
26.如图3～5所示，一种用于换热系统的温差发电装置，当应用于使用板式换热器进行散热的内燃机时，包括常规型板式换热器a、温差发电型板式换热器b、进水分流控制器4及出水分流控制器5；所述常规型板式换热器a与温差发电型板式换热器b并列设置；所述进
水分流控制器4的热水进口与内燃机6的水套出水口连通，进水分流控制器4的第一热水出口与温差发电型板式换热器b的进水口相连通，进水分流控制器4的第二热水出口与常规型板式换热器a的进水口相连通；所述出水分流控制器5的冷水出口与内燃机6的水套进水口连通，出水分流控制器5的第一冷水进口与温差发电型板式换热器b的出水口相连通，出水分流控制器5的第二冷水进口与常规型板式换热器a的出水口相连通。
27.在所述进水分流控制器4内设有分流比例控制阀，分流比例控制阀用于调控流入温差发电型板式换热器b和常规型板式换热器a内的冷却水比例；在所述出水分流控制器5内设有温度计，所述分流比例控制阀的冷却水比例调控依据由温度计反馈的水温参数确定，在保证内燃机6的散热需求前提下实现温差发电。
28.所述温差发电型板式换热器b包括夹板7、导热隔板8及温差发电隔板9；所述导热隔板8与温差发电隔板9的外形尺寸完全相同，若干导热隔板8和温差发电隔板9叠合装夹在两张夹板7中间，相邻隔板之间形成换热水腔，换热水腔内流经冷水或热水，且流经冷水的换热水腔与流经热水的换热水腔交替分布；所述温差发电隔板9的数量至少为一个；在所述温差发电隔板9内部嵌装有若干温差发电片91。
29.具体的，由于本发明设置了能根据冷却水进出口温度分配流量的进水分流控制器4及出水分流控制器5，且温差发电板13/温差发电片91的导热系数低于金属片，故温差发电散热器1和温差发电型板式换热器b的散热/换热效率均低于传统散热器/板式换热器。但是，由于内燃机6的散热系统通常按照较高环境温度及发动机满负荷工作状态下的散热需求设计，而机械车辆和发电系统中的内燃机在绝大多数时间既不处于高环境温度，也未处于满负荷工作状态。因此，在绝大多数时间中，内燃机6的散热系统并未工作在满负荷散热效率状态，因而可以通过结合冷却水分配控制，将大部分冷却水分配到具有温差发电功能的散热器/换热器，从而实现较好的能量回收功能。当冷却水回水温度临近或超过限度时，说明温差发电散热器/换热器不能满足散热/换热需求，故将大部分冷却水分配到普通散热器/换热器中，从而保障内燃机正常工作的散热需求。
30.下面结合附图说明本发明的一次使用过程：
31.当本发明的温差发电装置应用于使用散热水箱进行散热的内燃机6时，散热风扇3启动用于产生风冷气流，此时的风冷气流会依次穿过翅片式散热器2和温差发电散热器1作用到内燃机6上，使内燃机6初步完成风冷降温。
32.当冷却水从内燃机6的水套中流出后，冷却水的温度最高。以冬季为例，由于环境温度较低，出水分流控制器5中的温度计检测到出水温度低于温度设定限值，因此减小翅片式散热器2的冷却水流量，而增大温差发电散热器1的冷却水流量，以温差发电为主，具体通过进水分流控制器4及出水分流控制器5来控制分配给温差发电散热器1和翅片式散热器2的冷却水量。
33.当高温的冷却水进入翅片式散热器2时，冷却水在翅片式散热器2内的管路中流动，与低温的风冷气流实现热交换，用以降低冷却水的温度，而降温后的冷却水流出翅片式散热器2后重新返回内燃机6的水套内对内燃机6进行降温。
34.当高温的冷却水进入温差发电散热器1后，冷却水在折返回曲分布的冷却水流道11内流动，进而在温差发电板13的内侧形成高温侧，而低温的风冷气流在流过风冷气流通道12时，便可以在温差发电板13的外侧形成低温侧，最终在温差作用下实现温差发电，从而
实现温差能量的回收，产生的电能可以补充给车辆和设备使用。
35.同理，当处于环境温度较高的夏季，或是内燃机6连续满负荷工作时，出水分流控制器5中的温度计检测到出水温度接近或高于温度设定限值，为保证内燃机的散热效果，需要增大翅片式散热器2的冷却水流量，同时减小温差发电散热器1的冷却水流量，以冷却散热为主，以温差发电为辅。
36.当本发明的温差发电装置应用于使用板式换热器进行散热的内燃机时，以安装在室内的柴油发电机系统为例，由于室内原有的柴油发电机系统本来就用于发电，并且自带电能管理相关设备，在常规型板式换热器的基础上增加一套温差发电型板式换热器不会增加过多成本，对于用于状态转换接续的后备电源来说，温差发电所产生的电能恰恰可以给后备电源的电池进行涓流充电，有效降低变配电的成本。在温差发电型板式换热器工作过程中，流经冷水的换热水腔与流经热水的换热水腔可以长时间维持稳定的温差状态，因而可以保证温差发电隔板9的稳定发电，温差能量的回收效果也最好。
37.当室内柴油发电机系统持续满负荷运行时，出水分流控制器5中的温度计将检测到出水温度接近或高于温度设定限值，为保证散热效果，只需通过进水分流控制器4和出水分流控制器5将全部热水和冷水引入常规型板式换热器a中进行换热，达到全状态换热，此时暂停温差发电，待室内柴油发电机系统恢复低负荷运行时，重新增大温差发电型板式换热器b内的热水和冷水流量，就可以恢复温差发电了。
38.实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。
技术特征：1.一种用于换热系统的温差发电装置，其特征在于：当应用于使用散热水箱进行散热的内燃机时，包括温差发电散热器、翅片式散热器、散热风扇、进水分流控制器及出水分流控制器；所述温差发电散热器与翅片式散热器并列设置，所述散热风扇位于温差发电散热器与内燃机之间；所述进水分流控制器的热水进口与内燃机的水套出水口连通，进水分流控制器的第一热水出口与温差发电散热器的进水口相连通，进水分流控制器的第二热水出口与翅片式散热器的进水口相连通；所述出水分流控制器的冷水出口与内燃机的水套进水口连通，出水分流控制器的第一冷水进口与温差发电散热器的出水口相连通，出水分流控制器的第二冷水进口与翅片式散热器的出水口相连通。2.根据权利要求1所述的一种用于换热系统的温差发电装置，其特征在于：在所述进水分流控制器内设有分流比例控制阀，分流比例控制阀用于调控流入温差发电散热器和翅片式散热器内的冷却水比例；在所述出水分流控制器内设有温度计，所述分流比例控制阀的冷却水比例调控依据由温度计反馈的水温参数确定。3.根据权利要求1所述的一种用于换热系统的温差发电装置，其特征在于：所述温差发电散热器采用格栅式结构，格栅结构的实体部分为冷却水流道，格栅结构的缝隙部分为风冷气流通道；所述冷却水流道采用折返回曲分布方式；在格栅结构内的风冷气流通道内设置有温差发电板，温差发电板的一侧通过导热硅胶连接到冷却水流道的外表面，温差发电板的另一侧直接暴露在风冷气流通道中或者通过导热硅胶连接金属散热片。4.一种用于换热系统的温差发电装置，其特征在于：当应用于使用板式换热器进行散热的内燃机时，包括常规型板式换热器、温差发电型板式换热器、进水分流控制器及出水分流控制器；所述常规型板式换热器与温差发电型板式换热器并列设置；所述进水分流控制器的热水进口与内燃机的水套出水口连通，进水分流控制器的第一热水出口与温差发电型板式换热器的进水口相连通，进水分流控制器的第二热水出口与常规型板式换热器的进水口相连通；所述出水分流控制器的冷水出口与内燃机的水套进水口连通，出水分流控制器的第一冷水进口与温差发电型板式换热器的出水口相连通，出水分流控制器的第二冷水进口与常规型板式换热器的出水口相连通。5.根据权利要求4所述的一种用于换热系统的温差发电装置，其特征在于：在所述进水分流控制器内设有分流比例控制阀，分流比例控制阀用于调控流入温差发电型板式换热器和常规型板式换热器内的冷却水比例；在所述出水分流控制器内设有温度计，所述分流比例控制阀的冷却水比例调控依据由温度计反馈的水温参数确定。6.根据权利要求4所述的一种用于换热系统的温差发电装置，其特征在于：所述常规型板式换热器的外部冷却水进口与温差发电型板式换热器的外部冷却水进口汇接在一起与室外热交换装置的出水口连通；所述常规型板式换热器的外部冷却水进口与温差发电型板式换热器的外部冷却水出口汇接在一起与室外热交换装置的进水口连通。7.根据权利要求4所述的一种用于换热系统的温差发电装置，其特征在于：所述温差发电型板式换热器包括夹板、导热隔板及温差发电隔板；所述导热隔板与温差发电隔板的外形尺寸完全相同，若干导热隔板和温差发电隔板叠合装夹在两张夹板中间，相邻隔板之间形成换热水腔，换热水腔内流经冷水或热水，且流经冷水的换热水腔与流经热水的换热水腔交替分布；所述温差发电隔板的数量至少为一个；在所述温差发电隔板内部嵌装有若干温差发电片。
技术总结一种用于换热系统的温差发电装置，应用于使用散热水箱散热内燃机时，其温差发电散热器与翅片式散热器并列设置，散热风扇位于温差发电散热器与内燃机之间，二者通过两组分流控制器并联连接；温差发电散热器采用格栅式结构，包括冷却水流道和风冷气流通道；冷却水流道折返回曲分布；风冷气流通道内均设有温差发电板。应用于使用板式换热器散热内燃机时，其常规型板式换热器和温差发电型板式换热器并列设置，二者通过两组分流控制器并联连接；温差发电型板式换热器其内配置有与导热隔板外形尺寸相同的温差发电隔板；温差发电隔板内嵌有温差发电片。出水分流控制器内设有温度计，进水分流控制器的冷却水比例调控依据由温度计反馈的水温参数确定。反馈的水温参数确定。反馈的水温参数确定。
技术研发人员：韩坦 于凡 王金浩 代武贺 尚致晨 董德坤 齐震 胡畔
受保护的技术使用者：中国人民解放军32395部队
技术研发日：2022.10.13
技术公布日：2022/12/1
