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利用内燃机车冷却水开锅发电提高机车热效率以及功率可行吗

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发表于 2014-9-15 19:45:31 |显示全部楼层
liutom701031 发表于 2014-9-15 19:32
其实要是温差发电技术成熟了,你这个设想就可以实现啦

请问这是基于啥原理?能不能简单给说说

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发表于 2014-9-15 20:03:11 |显示全部楼层

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发表于 2014-9-15 22:07:29 来自手机 |显示全部楼层
铁道游击队长 发表于 2014-9-15 13:08
不是太明白,您能否说说,既有的柴油机冷却系统,低温热源是什么?

低温热源就是热机的冷却系统,也就是水冷或风冷系统。

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发表于 2014-9-15 22:08:08 |显示全部楼层
放热做功速率我记得也和冷热源温差有很大关系吧?100度的水蒸汽即使最后放热到40度也才16%多一点的效率............不过实际情况下冷源达到这个温度这个应该不现实
司机:长春站,客车XXX次接近。
车站:客车XXX次,长春站俩五道通过。
司机:客车XXX次,两道通过司机明白。
车站:客车XXX次,长春站俩五道通过。
司机:咋地?五道通过啊?
车站:俩五道通过。
司机:………………
车站:客车XXX次,长春站俩五道通过。
司机:客车XXX次,五道通过司机明白。
车站:客车XXX次,长春站俩五道通过,俩五,俩五司机。明白不?
司机:客车XXX次,长春站二十五道通过,司机明白。
车站:你给长春加的二十五道啊?
司机:行了行了都过来了还喊啥啊。

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发表于 2014-9-16 00:23:06 来自手机 |显示全部楼层
首先声明,我非专业人员,仅仅提出一点自己的看法。。。

内燃机的原理是内能向机械能转换,而内能是所有能量最终的转化形式,其他能量都可以100%的转化为内能而内能绝不可能100%转化为其他形式的能量,其实内燃机中柴油机的效率已经很高了,高于汽油机和燃气轮机。限制内燃机效率的恰恰是冷凝器,而冷凝器又是所有内燃机必须的部件,没有冷凝器内燃机将无法工作。就现有柴油机冷却水的温度,是难以产生足够的压力推动汽轮的,唯一的方法就是提升冷却水的温度,但是当冷却水的温度提升到足以推动汽轮时,新的问题就出现了,为什么不用柴油燃烧直接加热水,还要柴油机何用?这样当然违背了拉神的初衷。。。
节约能源,提升效率,自然是非常好的想法,比如涡轮增压,高度雾化柴油等,我们能控制的只能是让柴油中的化学能尽可能100%的转化为内能,同时精确控制冷却水的温度,使柴油机维持在最高效率的状态,至于冷凝器散去的热能,是无法利用的,其实这也正是热力学第二定律的意义。
提升化石能源利用效率的最终手段,其实是燃料电池,只有内燃机被取代,才能避免能量转换中能量转化为内能而白白浪费掉,为什么已氢为燃料的载具诸如新能源汽车,ATP潜艇,宇宙飞船都在使用燃料电池而不是燃氢内燃机?是因为把氢的化学能转化为电能再转化为机械能的方式效率远高于化学能-内能-机械能的方式。

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发表于 2014-9-16 08:16:24 来自手机 |显示全部楼层
刚烧开的蒸汽是饱和蒸汽,稍微受压或降温就会冷凝成水,必须在废气管里走一趟变成过热蒸汽才能做功。

由于水垢问题,柴油机的冷却水必须经过净化,那么变成蒸汽的水一定要冷凝回收利用,还需要一个冷凝器(蒸汽机车直接放走,但是有煤水车补充。南方农村拖拉机的195柴油机直接加普通水,蒸发口上全是水垢,大功率机器不能这么搞)。

这么一来,就太复杂了

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发表于 2014-9-16 08:21:19 来自手机 |显示全部楼层
带动辅助设备有可行性,减少辅助设备消耗也是提高效率。帮助牵引,杯水车薪。

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发表于 2014-9-16 08:45:56 来自手机 |显示全部楼层
温差越大,散热量越大,所以水温高的机车散热少效率高,同时意味着机体材料耐热能力更好。

加压可以使冷却水温超过100度,但是散热量减少,气缸内温度提高,活塞和缸体必须换高级材料才能撑住。加压管路容易漏,这也是个问题。

材料进步以后,可以用油做冷却剂减少散热。或者废气涡轮前补燃,大幅提高增压比。这些变态技术用在机车上需解决耐久性可靠性问题。

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发表于 2014-9-16 08:58:47 |显示全部楼层
铁道游击队长 发表于 2014-9-15 19:09
是线性没错,我意思就是说,别看小小的1度,因为载体是水,携带的能量可能会很惊人
具体比热怎么算早就忘 ...

嗯,那个是不假,自然界常见的,适合作为发动机冷却液的也就是水了

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发表于 2014-9-16 22:15:12 |显示全部楼层
铁道游击队长 发表于 2014-9-15 19:45
请问这是基于啥原理?能不能简单给说说

其实就是半导体制冷逆向使用,这东西现在就有成品,不过那效率和价格实在太坑爹,好像只有野外和军队用一点。

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发表于 2014-9-16 22:17:18 |显示全部楼层
铁道游击队长 发表于 2014-9-15 19:44
如果谁能大概算一下这能提供多大扭矩,然后跟柴油机扭矩对比一下,就知道有没有实际意义了,不过看起来应 ...

效率太低了,4%呀,基本上就跟没有差不多了。

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发表于 2014-9-17 19:03:59 |显示全部楼层
首先抱歉这两天事儿突然有点多没时间看帖,看了大家的回复,受益良多,实事求是的说冷却系统是我对交直传动机车了解最少的一个系统,通过这个帖子的学习与思考,我加深了认识,谢谢大家
说实话,我以前压根不知道什么高温沸水(除非人为加压),因为我的常识仅局限于:在常压下,烧一锅开水,水温100度开始沸腾,这个过程中水温不再继续升高,直到完全汽化
通过学习和思考,我想是不是可以这么理解:在管路里的水被加热,管路的一头连接活塞(或者叶轮),当活塞没有被推动时,这相当于一个密闭环境。那么当水温达到100度时,开始产生蒸汽,假设蒸汽压力不足以推动活塞,则蒸汽压力逐渐增加,当达到一定压值后,不再产生蒸汽,此时达到一个气相与液相的动态平衡(个人推测),随后水温继续升高,随着水温升高平衡被打破,继续产生蒸汽,蒸汽压力随之升高,这一过程周而复始直到蒸汽推动活塞找到出路,这就是高温沸水的由来?
而如果要冷却水变成高温沸水并且能够做足够多的功,则可能产生这样的问题,就是水温过高,导致与柴油机热交换速率降低,此时即便加上汽化吸热,可能也难以达到冷却效果。所以这也许就是至今未见到此类机车的原因吧

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发表于 2014-9-17 19:07:24 |显示全部楼层
cooldogzby 发表于 2014-9-15 22:07
低温热源就是热机的冷却系统,也就是水冷或风冷系统。

如果这么说的话,我设想的这套系统,蒸发器就是低温热源啊

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发表于 2014-9-17 19:08:05 |显示全部楼层
落泪的石狮子 发表于 2014-9-15 22:08
放热做功速率我记得也和冷热源温差有很大关系吧?100度的水蒸汽即使最后放热到40度也才16%多一点的效率.... ...

如果能有具体数值就更直观了

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发表于 2014-9-17 19:09:01 |显示全部楼层
htk1993 发表于 2014-9-16 00:23
首先声明,我非专业人员,仅仅提出一点自己的看法。。。

内燃机的原理是内能向机械能转换,而内能是所有 ...

可是您的回复却非常专业,想必一定有所钻研
您说冷却系统限制了热机效率,以前我还真没想过这个问题,但我觉得您说的有道理。问题在于我们又不得不设计冷却系统——至少在我们找到新材料新技术之前
同时我并不认为再利用冷却系统转移的能量有违热力学第二定律,据我所知科学似乎并未给出热机效率的极限(如果有极限值麻烦帮我科普一下),不是有那么句话嘛,没有最好,只有更好。我相信通过技术和材料的革新,我们有能力利用更多的能源。当然您提到的燃料电池的确是另辟蹊径了,看起来也的确没必要跟内燃机较劲了,呵呵
还有,除非您能证明,当冷却水“足以推动叶轮”时,影响了柴油机扭矩发挥,否则我觉得就不能说“这么做还不如直接改燃油烧水”。当然了,如果能有相关数据来说话,那是最有说服力的

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发表于 2014-9-17 19:12:41 |显示全部楼层
wheremylove 发表于 2014-9-16 08:21
带动辅助设备有可行性,减少辅助设备消耗也是提高效率。帮助牵引,杯水车薪。

其实我是这么想的,如果蒸汽提供的扭矩能达到柴油机输出平均值的10%,我觉得这么做就很有意义,如果连1%都达不到,那的确没啥意义
我也想过,如果带不动主发,可以去带辅发,但这点效能,相比于如此大的改造,显得不太划算了……

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发表于 2014-9-17 19:13:28 |显示全部楼层
wheremylove 发表于 2014-9-16 08:45
温差越大,散热量越大,所以水温高的机车散热少效率高,同时意味着机体材料耐热能力更好。

加压可以使冷 ...

是啊,期待材料科学的突破

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发表于 2014-9-17 19:15:09 |显示全部楼层
liutom701031 发表于 2014-9-16 22:15
其实就是半导体制冷逆向使用,这东西现在就有成品,不过那效率和价格实在太坑爹,好像只有野外和军队用一 ...

半导体还能制冷?第一次听说,如果这样并且可逆,的确有前途,呵呵

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发表于 2014-9-17 22:21:55 |显示全部楼层
铁道游击队长 发表于 2014-9-17 19:15
半导体还能制冷?第一次听说,如果这样并且可逆,的确有前途,呵呵

半导体制冷早就有啦,现在很多汽车用的小冰箱就是用的半导体制冷的,另外前些年流行过一段给CPU装半导体制冷片的,结果太冷了,会出冷凝水,后来就不大有人玩了。

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发表于 2014-9-18 00:22:52 来自手机 |显示全部楼层
本帖最后由 htk1993 于 2014-9-18 00:26 编辑
铁道游击队长 发表于 2014-9-17 19:09
可是您的回复却非常专业,想必一定有所钻研
您说冷却系统限制了热机效率,以前我还真没想过这个问题,但 ...


活塞式内燃机最大理论效率在60%左右,然而体积会变得很大,难以用于机车,但是如果使用陶瓷材料,会大大提升发动机的温度,这样就可以产生高温蒸汽,推动汽轮。
另外,以前看过一种很有创意的设计,就是在传统内燃机的四个冲程后加入一个喷水冲程和一个排气冲程,可以产生800°C的蒸汽,要知道电厂里的蒸汽轮机温度也不过600°C,据发明者说运用这种设计柴油机效率可以提升45%
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