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基本信息
- 項目名稱：
- 基于蓄能器原理的汽車尾氣余熱利用系統(tǒng)
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 針對汽車發(fā)動機尾氣余熱白白浪費的現(xiàn)象，擬研究開發(fā)一套基于蓄能器原理的汽車發(fā)動機尾氣余熱回收存儲與利用系統(tǒng)。利用設(shè)計的特殊蓄能器對汽車運行過程中尾氣排放管道壁產(chǎn)生的熱量進行回收，將其轉(zhuǎn)化為液壓能存儲在普通蓄能器中，并設(shè)計一套與之相配的液壓傳動回路，利用回收的液壓能作為車輛啟動、汽車轉(zhuǎn)向、離合助力，車門開閉和汽車雨刷等液壓驅(qū)動系統(tǒng)提供動力源，且一定程度上降低了尾氣排放溫度，從根本上實現(xiàn)節(jié)能和減排。
- 詳細介紹：
- 當(dāng)今社會，石油能源出現(xiàn)供需矛盾，汽車使用成本也相應(yīng)越來越高。機動車是當(dāng)今社會最為普遍的能源消耗源，然而，在機動車上，由于受到內(nèi)燃機效率的制約，能量的利用率很低，僅為百分之三十，高的也僅為百分之四十，大部分燃料燃燒的能量以余能的形式白白散發(fā)出去，同時，由于開發(fā)新能源汽車需要大量的技術(shù)和經(jīng)濟投入，因此，通過各種方式直接或間接來地提高能量的利用率是應(yīng)對當(dāng)今社會能源危機的最為有效的途徑之一。 雖然針對汽車節(jié)能國內(nèi)外研究很多，但主要精力集中在燃料燃燒優(yōu)化、發(fā)動機和車體結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面，然而結(jié)果卻不甚理想。同時，針對汽車發(fā)動機余熱回收利用的研究在國內(nèi)也剛開展不久，國內(nèi)目前回收汽車余熱的技術(shù)僅集中在余熱取暖、余熱發(fā)電兩方面。在汽車領(lǐng)域中，蓄能器普遍用于液壓與氣動系統(tǒng)中，而在汽車上利用皮囊式蓄能器的熱膨脹性來回收并且蓄積能量用于汽車的啟動驅(qū)動及作為其他輔助機械的動力源，這在國內(nèi)外目前還沒有開展過深入的研究。 液壓傳動是一種較為節(jié)能的傳動方式，本方案擬研究開發(fā)一套基于蓄能器原理的汽車發(fā)動機尾氣余熱回收存儲與利用系統(tǒng)。利用設(shè)計的特殊蓄能器對汽車運行過程中尾氣排放管道壁產(chǎn)生的高溫?zé)崃窟M行回收，將其轉(zhuǎn)化為液壓能進行儲存，并設(shè)計一套與之相配的液壓傳動系統(tǒng)，利用回收儲存的液壓能作為車輛啟動及車輛其他輔助器械的動力源，從而達到汽車節(jié)能減排的目的，這相當(dāng)于間接提高發(fā)動機燃料燃燒的效率。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品目的：針對汽車運行過程中大量尾氣余熱白白浪費的現(xiàn)象，設(shè)計一套尾氣余熱利用系統(tǒng)對尾氣排放管道壁的高溫進行回收，將其轉(zhuǎn)化為液壓能儲存，并利用儲存的液壓能來實現(xiàn)車輛的啟動與制動。 基本思路：基于蓄能器原理實現(xiàn)汽車尾氣余熱回收、轉(zhuǎn)化、儲存與利用，理論依據(jù)為液壓與氣動技術(shù)中的充氣式蓄能器原理和工程熱力學(xué)中的氣體狀態(tài)與過程方程。充氣式蓄能器是用活塞、皮囊或隔膜把高壓容器分隔為充氣室和儲油室，在氣室中充以一定壓力的干燥氮氣等，儲油室則接入液壓系統(tǒng)，靠油室與氣室之間的壓差迫使氣體產(chǎn)生彈性變形，從而使儲油室儲存或釋放與氣體變形容積相等的壓力油液。 本系統(tǒng)主要包括特別設(shè)計的雙循環(huán)蓄能器、普通蓄能器、啟動馬達、制動部件、相關(guān)的液壓氣壓控制回路和附件。特別設(shè)計的蓄能器作為余熱回收裝置；普通蓄能器用來儲存回收的液壓能；液壓能的利用依靠設(shè)計的液壓傳動回路分別實現(xiàn)車輛啟動和相關(guān)液壓助力驅(qū)動。 創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)：本作品關(guān)鍵技術(shù)在于特別設(shè)計的雙循環(huán)蓄能器（液、氣循環(huán)）；預(yù)期回收發(fā)動機尾氣余熱的20%左右，回收儲存的液壓能作為動力源實現(xiàn)車輛啟動及汽車其他液壓助力驅(qū)動，尤其在北方寒冷地區(qū)室外停放的車輛，常常出現(xiàn)啟動電源饋電無法及時啟動車輛的情況,本設(shè)計一定程度上替代汽車車載電池啟動車輛，同時降低尾氣排放溫度，從根本上實現(xiàn)節(jié)能和減排。
科學(xué)性、先進性
- 本作品具有一定的理論意義和較強的工程應(yīng)用價值，學(xué)術(shù)思想新穎、創(chuàng)新點突出，作品的研制為汽車節(jié)能減排應(yīng)用的又一新突破。 全球目前約有9億多輛汽車，其中絕大部分是普通的內(nèi)燃機汽車，而燃油在發(fā)動機中燃燒產(chǎn)生的熱量并未全部轉(zhuǎn)化為動能，除去冷卻水帶走的熱量和摩擦等損失外，還有大部分的能量以尾氣余熱的形式排放到大氣中去，對于汽車發(fā)動機這部分能量一般為40%～45%?？紤]到尾氣中酸性氧化物的露點腐蝕問題，則排放溫度不得低于180℃，因此，所排出的還可以利用的廢棄熱量約為燃燒總量的16%左右。若能將此余熱回收利用，對于提高汽車燃油經(jīng)濟性，減少溫室氣體的排放是很有利的。 本作品擬設(shè)計一套雙循環(huán)蓄能器和相關(guān)液壓傳動回路，將汽車發(fā)動機尾氣余熱轉(zhuǎn)化為液壓能進行回收存儲與利用。本作品預(yù)計回收余熱效率為20%左右，且本裝置易于安裝更換,對汽車發(fā)動機排氣系統(tǒng)不會產(chǎn)生任何附加影響，是汽車余熱利用和車輛節(jié)能減排的又一新舉措。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2011年5月哈爾濱工程大學(xué)第十七屆“五四杯”課外學(xué)術(shù)科技競賽二等獎； 2011年5月在哈爾濱工程大學(xué)取得入圍第四屆全國大學(xué)生節(jié)能減排大賽入圍資格；
作品所處階段
- 實物模擬實驗階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 圖片、圖紙、模型、視頻
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 本作品有效地回收了汽車曾經(jīng)白白流失的能量，實現(xiàn)了低品位能源的二次利用，且該系統(tǒng)并未增加新的動力源，結(jié)構(gòu)輕便簡單，易于安裝，拆卸方便，不需對汽車進行改裝，因此并不會對汽車發(fā)動機的本有性能產(chǎn)生影響。 本作品不會花費很大成本就可以到達節(jié)能減排的目的，從技術(shù)經(jīng)濟的角度考慮，本作品的技術(shù)難度并不高，不需要高技術(shù)保障；從材料成本來看，本作品中所涉及到的材料都是現(xiàn)有的在各領(lǐng)域已大量使用的材料；從加工成本角度來看，本作品中只需加工特別設(shè)計雙循環(huán)蓄能器，其加工是比較容易的。如實現(xiàn)批量生產(chǎn)，其造價將大大降低，定能被廣泛接受?？蓮V泛應(yīng)用于各種燃油內(nèi)燃機車輛，為車輛正常及應(yīng)急啟動、轉(zhuǎn)向及制動助力提供液壓能。
同類課題研究水平概述
- 針對汽車發(fā)動機尾氣余熱回收利用的研究在國內(nèi)剛開展不久，國內(nèi)外目前回收汽車余熱的技術(shù)主要集中在余熱取暖、制冷和發(fā)電等方面，但這些回收方式都存在一定的局限性。 從現(xiàn)有的利用尾氣余熱的方式看，并不是在任何時候都是一種很好的回收利用方式。尾氣余熱取暖和制冷方式，必須兩套回收系統(tǒng)同時運用，否則將會出現(xiàn)余熱取暖局限于溫度較低的冬天，余熱制冷局限于炎熱的夏天的情況。兩套系統(tǒng)同時應(yīng)用勢必會增加余熱回收的成本，而且熱能屬于低品位的能量，兩套系統(tǒng)的效率不會太高。對于余熱發(fā)電的利用方式，雖然沒有限制，但其回收的能量效率較低。目前的熱電轉(zhuǎn)化的模塊，其在溫差200℃時才能產(chǎn)出2.38V/19W的電能,且成本較高。所以，綜上所述，現(xiàn)如今對汽車尾氣余熱的利用并不是經(jīng)濟有效的方式。
