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基本信息

項目名稱：
卡車尾氣余熱的資源化利用
小類：
能源化工
簡介：
在本項目中，我們利用排氣管加熱1，2-丙二醇，再由散熱器降低1，2-丙二醇溫度，這樣造成一個熱源及一個相對冷源，我們就可以利用溫差發(fā)電得到電流。因為丙二醇具有穩(wěn)定沸點，而散熱器的輸出液體溫度變化很小，所以可以得到比較穩(wěn)定的電流。
詳細(xì)介紹：
本項目主要針對當(dāng)今世界的環(huán)境保護(hù)及節(jié)約資源兩大主題，對卡車進(jìn)行節(jié)能減排方面的改造。 卡車最大的能源浪費(fèi)是發(fā)動機(jī)的尾氣。所以在這個項目中，我們將在環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)可行等各個前提下，提出合適的方案，將卡車的尾氣能量進(jìn)行部分回收，并利用于汽車本身。 溫差發(fā)電是當(dāng)今在利用熱能發(fā)電方面比較成熟的技術(shù)。溫差發(fā)電片利用塞貝克效應(yīng)制成，即由于兩種不同電導(dǎo)體或半導(dǎo)體TEC1-03130T125型溫差發(fā)電片的溫度差異而引起兩種物質(zhì)間的電壓差的熱電現(xiàn)象。本項目中，我們利用排氣管加熱1，2-丙二醇，再由散熱器降低1，2-丙二醇溫度，這樣造成一個熱源及一個相對冷源，我們就可以利用溫差發(fā)電得到電流。因為丙二醇具有穩(wěn)定沸點，而散熱器的輸出液體溫度變化很小，所以可以得到比較穩(wěn)定的電流。散熱方面，我們利用與汽車散熱相同的方式，即散熱水箱加風(fēng)扇的方式散熱。這樣，溫差發(fā)電機(jī)便可以只利用汽車尾氣余熱發(fā)出汽車所需的全部電量。

作品圖片

  • 卡車尾氣余熱的資源化利用
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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)

作品設(shè)計的目的： 在當(dāng)今社會，資源越來越緊缺。人們?yōu)榱颂角笮碌馁Y源，從身旁的風(fēng)流，浪花，流水。在經(jīng)過我們團(tuán)隊的長時間觀察后，我們認(rèn)為，汽車的發(fā)動機(jī)尾氣在能源方面有較大的利用價值。 作品的基本思路： 眾所周知，現(xiàn)代汽車所用的內(nèi)燃機(jī)能源利用效率極低，理想狀況下僅為30%轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，平均水平更低，只有百分之十幾。而剩余的能量全部轉(zhuǎn)化為發(fā)動機(jī)身（大部分在尾氣）的熱能，如此巨大的能量損失。我們?nèi)纹渫ㄟ^水流及風(fēng)流將其散發(fā)到空氣中。我們團(tuán)隊針對這個現(xiàn)象，決定用溫差發(fā)電解決汽車尾氣的熱散失。這樣不僅能減少廢氣排放，而且發(fā)出的電能回收再利用，又可以為汽車省油，提高發(fā)動機(jī)效率。這樣，我們就完成了一個利用汽車廢熱無任何原料消耗的情況下，為汽車回收電力的系統(tǒng)。 作品的創(chuàng)新點： 我們的發(fā)電機(jī)由于采用利用塞貝克效應(yīng)制成的溫差 發(fā)電片組成，具有體積小，質(zhì)量輕，效率高，無運(yùn)動組件，噪音小，壽命長，性能穩(wěn)定，相比以前同類產(chǎn)品成本低等諸多有點。如果正常使用，可以做到10年以上時間不需要維修。 技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)： 現(xiàn)在市面上較為廉價，性價比較好的普通溫差片通常耐溫程度不超過200℃，而汽車排氣管的溫度基本在400-500℃，所以我們必須將排氣管溫度降下來，才能為溫差片所用。我們采用尾氣加熱苯甲醛的辦法，這樣既可以降低排氣管溫度到苯甲醛的沸點178℃，又能使熱源保持穩(wěn)定溫度，避免發(fā)電電壓出現(xiàn)大的波動。然后高溫液體經(jīng)散熱器降溫，做為冷源，最后又流到熱水箱，完成了一個循環(huán)。

科學(xué)性、先進(jìn)性

項目的科學(xué)先進(jìn)性： a)利用汽車尾氣發(fā)電，再回收利用的構(gòu)思； b)采用無消耗、無污染、無噪音等優(yōu)點的溫差發(fā)電裝置； c)采用循環(huán)液設(shè)計，無物質(zhì)損耗； d)采用1,2-丙二醇作為循環(huán)液，高沸點、低比熱，易升降溫； e)采用扁體排氣管設(shè)計，增大循環(huán)液吸熱； f)將空氣壓縮機(jī)和空調(diào)壓縮機(jī)改為電驅(qū)動，由溫差發(fā)電機(jī)供電，節(jié)省油耗。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

參加2010年6月5日在華南理工大學(xué)舉辦的第一屆“和氏璧化工”高校環(huán)?？萍紕?chuàng)意設(shè)計大賽，獲得銀獎

作品所處階段

理論試驗階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

專利

作品可展示的形式

設(shè)計圖紙

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(jì)效益預(yù)測

汽車的動力經(jīng)歷了從燃油內(nèi)燃機(jī)到替代燃料內(nèi)燃機(jī)再到燃油電動混合動力最后向純電動汽車方向發(fā)展的歷程。但是無論對于任何形式的動力，發(fā)動機(jī)熱量的散失是永遠(yuǎn)無法避免的，如何利用這些廢熱的研究也將會一直進(jìn)行下去。 溫差發(fā)電作為一個具有無污染，無噪音，質(zhì)量輕，體積小，壽命長等各方面優(yōu)點的發(fā)電題材，在熱能發(fā)電方面具有很大的研究前途，尤其是在人類不可或缺的汽車領(lǐng)域。通過利用溫差發(fā)電，卡車在相同的路程可以節(jié)省原來1/4的油量，這樣每100公里就只需要消耗37.5L的柴油，這對于行程非常遠(yuǎn)的卡車來說，能夠節(jié)省一大筆的成本。 而在環(huán)保被重視程度日益增加的今天，不論是政府，企業(yè)，還是一般的車主，都在尋求既能減少環(huán)境污染，又能提高經(jīng)濟(jì)效益的方式，而利用溫差發(fā)電技術(shù)來資源化回收利用汽車尾氣熱量，無疑是滿足此需求的最佳方式，因此，可以預(yù)測，該項目在未來將會有巨大的市場空間。

同類課題研究水平概述

國外： 2003 年11 月美國能源部宣布資助太平洋西北國家實驗室、密西根技術(shù)大學(xué)等單位，重點支持他們在高性能熱電材料和應(yīng)用技術(shù)方面的研究，特別是工業(yè)余熱廢熱的利用。近年來，對低品位熱源的利用成為溫差發(fā)電技術(shù)研究的大方向。Maneewan 等利用置于屋頂?shù)匿摪逦仗柲芗療嵘郎嘏c環(huán)境之間的溫差發(fā)電，帶動軸流風(fēng)機(jī)引導(dǎo)屋頂空氣自然對流，從而給屋頂降溫。Rida等將溫差發(fā)電器熱端與該國一種做飯的火爐外壁連接，冷端置于空氣中，利用爐壁高溫與環(huán)境的溫差來發(fā)電，輸出功率達(dá)4.2 W。Hasebe 等利用夏日路面高溫做熱源，熱交換管為集熱器，采用19 組溫差電組件，在熱管管內(nèi)液體流速為0.7 L/min 時，輸出功率3.6 W。Ikoma 等在汽車發(fā)動機(jī)上安裝72 組SiGe 材料溫差發(fā)電模塊，最大溫差123 ℃，最大輸出功率86.4 W。Thacher等在美國能源部和紐約州能源研究開發(fā)權(quán)利機(jī)構(gòu)資助下開發(fā)的汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，使用20 組HZ-20 溫差電組件，熱電材料為Bi-Te 基材料，汽車時速112 km/h 時，最大溫差174 ℃，最大輸出功率255 W。2006 年，BSST 的科學(xué)家和BMW 聯(lián)合宣布，商用的汽車溫差發(fā)電器將于2013 年投入使用。Douglas 等針對熱源動態(tài)變化情況，設(shè)計出多模塊交互回路溫差發(fā)電器，在相同熱源下，輸出功率最大提高25%。 國內(nèi)： 國內(nèi)在溫差發(fā)電方面的研究起步相對較晚，主要集中在理論和熱電材料的制備等方面的研究。陳金燦課題組從20 世紀(jì)80 年代開始對溫差發(fā)電器的基礎(chǔ)理論進(jìn)行研究，對溫差發(fā)電器的性能進(jìn)行優(yōu)化分析，得到很多有意義的成果。蘇景芳研究了系統(tǒng)與環(huán)境，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的熱流關(guān)系，對系統(tǒng)的性能特性作出優(yōu)化，建立溫差發(fā)電器優(yōu)化設(shè)計模型。李偉江從非平衡熱力學(xué)角度出發(fā)，建立單層多電偶發(fā)電器在低溫差下穩(wěn)定工作的模型。研究溫差發(fā)電器在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部換熱條件變化情況下的運(yùn)行規(guī)律，與實驗相結(jié)合，得出最佳匹配系數(shù)下，輸出功率和發(fā)電效率均隨最大溫差近似呈線性變化，同時指出解決發(fā)電效率低的問題根本上依靠的是材料性能的改善。剛現(xiàn)東理論分析和實驗研究相結(jié)合，通過模擬坦克排氣筒附近區(qū)域制冷狀況，由降溫情況評估紅外隱身效果，得出以坦克尾氣余熱為熱源將溫差電技術(shù)應(yīng)用于坦克紅外隱身完全可行的結(jié)論。
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