基本信息
- 项目名称：
- 基于蓄能器原理的汽车尾气余热利用系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 针对汽车发动机尾气余热白白浪费的现象，拟研究开发一套基于蓄能器原理的汽车发动机尾气余热回收存储与利用系统。利用设计的特殊蓄能器对汽车运行过程中尾气排放管道壁产生的热量进行回收，将其转化为液压能存储在普通蓄能器中，并设计一套与之相配的液压传动回路，利用回收的液压能作为车辆启动、汽车转向、离合助力，车门开闭和汽车雨刷等液压驱动系统提供动力源，且一定程度上降低了尾气排放温度，从根本上实现节能和减排。
- 详细介绍：
- 当今社会，石油能源出现供需矛盾，汽车使用成本也相应越来越高。机动车是当今社会最为普遍的能源消耗源，然而，在机动车上，由于受到内燃机效率的制约，能量的利用率很低，仅为百分之三十，高的也仅为百分之四十，大部分燃料燃烧的能量以余能的形式白白散发出去，同时，由于开发新能源汽车需要大量的技术和经济投入，因此，通过各种方式直接或间接来地提高能量的利用率是应对当今社会能源危机的最为有效的途径之一。 虽然针对汽车节能国内外研究很多，但主要精力集中在燃料燃烧优化、发动机和车体结构优化等方面，然而结果却不甚理想。同时，针对汽车发动机余热回收利用的研究在国内也刚开展不久，国内目前回收汽车余热的技术仅集中在余热取暖、余热发电两方面。在汽车领域中，蓄能器普遍用于液压与气动系统中，而在汽车上利用皮囊式蓄能器的热膨胀性来回收并且蓄积能量用于汽车的启动驱动及作为其他辅助机械的动力源，这在国内外目前还没有开展过深入的研究。 液压传动是一种较为节能的传动方式，本方案拟研究开发一套基于蓄能器原理的汽车发动机尾气余热回收存储与利用系统。利用设计的特殊蓄能器对汽车运行过程中尾气排放管道壁产生的高温热量进行回收，将其转化为液压能进行储存，并设计一套与之相配的液压传动系统，利用回收储存的液压能作为车辆启动及车辆其他辅助器械的动力源，从而达到汽车节能减排的目的，这相当于间接提高发动机燃料燃烧的效率。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品目的：针对汽车运行过程中大量尾气余热白白浪费的现象，设计一套尾气余热利用系统对尾气排放管道壁的高温进行回收，将其转化为液压能储存，并利用储存的液压能来实现车辆的启动与制动。 基本思路：基于蓄能器原理实现汽车尾气余热回收、转化、储存与利用，理论依据为液压与气动技术中的充气式蓄能器原理和工程热力学中的气体状态与过程方程。充气式蓄能器是用活塞、皮囊或隔膜把高压容器分隔为充气室和储油室，在气室中充以一定压力的干燥氮气等，储油室则接入液压系统，靠油室与气室之间的压差迫使气体产生弹性变形，从而使储油室储存或释放与气体变形容积相等的压力油液。 本系统主要包括特别设计的双循环蓄能器、普通蓄能器、启动马达、制动部件、相关的液压气压控制回路和附件。特别设计的蓄能器作为余热回收装置；普通蓄能器用来储存回收的液压能；液压能的利用依靠设计的液压传动回路分别实现车辆启动和相关液压助力驱动。 创新点、技术关键和主要技术指标：本作品关键技术在于特别设计的双循环蓄能器（液、气循环）；预期回收发动机尾气余热的20%左右，回收储存的液压能作为动力源实现车辆启动及汽车其他液压助力驱动，尤其在北方寒冷地区室外停放的车辆，常常出现启动电源馈电无法及时启动车辆的情况,本设计一定程度上替代汽车车载电池启动车辆，同时降低尾气排放温度，从根本上实现节能和减排。
科学性、先进性
- 本作品具有一定的理论意义和较强的工程应用价值，学术思想新颖、创新点突出，作品的研制为汽车节能减排应用的又一新突破。 全球目前约有9亿多辆汽车，其中绝大部分是普通的内燃机汽车，而燃油在发动机中燃烧产生的热量并未全部转化为动能，除去冷却水带走的热量和摩擦等损失外，还有大部分的能量以尾气余热的形式排放到大气中去，对于汽车发动机这部分能量一般为40%～45%。考虑到尾气中酸性氧化物的露点腐蚀问题，则排放温度不得低于180℃，因此，所排出的还可以利用的废弃热量约为燃烧总量的16%左右。若能将此余热回收利用，对于提高汽车燃油经济性，减少温室气体的排放是很有利的。 本作品拟设计一套双循环蓄能器和相关液压传动回路，将汽车发动机尾气余热转化为液压能进行回收存储与利用。本作品预计回收余热效率为20%左右，且本装置易于安装更换,对汽车发动机排气系统不会产生任何附加影响，是汽车余热利用和车辆节能减排的又一新举措。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年5月哈尔滨工程大学第十七届“五四杯”课外学术科技竞赛二等奖； 2011年5月在哈尔滨工程大学取得入围第四届全国大学生节能减排大赛入围资格；
作品所处阶段
- 实物模拟实验阶段
技术转让方式
- 专利转让
作品可展示的形式
- 图片、图纸、模型、视频
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品有效地回收了汽车曾经白白流失的能量，实现了低品位能源的二次利用，且该系统并未增加新的动力源，结构轻便简单，易于安装，拆卸方便，不需对汽车进行改装，因此并不会对汽车发动机的本有性能产生影响。 本作品不会花费很大成本就可以到达节能减排的目的，从技术经济的角度考虑，本作品的技术难度并不高，不需要高技术保障；从材料成本来看，本作品中所涉及到的材料都是现有的在各领域已大量使用的材料；从加工成本角度来看，本作品中只需加工特别设计双循环蓄能器，其加工是比较容易的。如实现批量生产，其造价将大大降低，定能被广泛接受。可广泛应用于各种燃油内燃机车辆，为车辆正常及应急启动、转向及制动助力提供液压能。
同类课题研究水平概述
- 针对汽车发动机尾气余热回收利用的研究在国内刚开展不久，国内外目前回收汽车余热的技术主要集中在余热取暖、制冷和发电等方面，但这些回收方式都存在一定的局限性。 从现有的利用尾气余热的方式看，并不是在任何时候都是一种很好的回收利用方式。尾气余热取暖和制冷方式，必须两套回收系统同时运用，否则将会出现余热取暖局限于温度较低的冬天，余热制冷局限于炎热的夏天的情况。两套系统同时应用势必会增加余热回收的成本，而且热能属于低品位的能量，两套系统的效率不会太高。对于余热发电的利用方式，虽然没有限制，但其回收的能量效率较低。目前的热电转化的模块，其在温差200℃时才能产出2.38V/19W的电能,且成本较高。所以，综上所述，现如今对汽车尾气余热的利用并不是经济有效的方式。
