基本信息
- 项目名称：
- 卡车尾气余热的资源化利用
- 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B类
- 简介：
- 在本项目中，我们利用排气管加热1，2-丙二醇，再由散热器降低1，2-丙二醇温度，这样造成一个热源及一个相对冷源，我们就可以利用温差发电得到电流。因为丙二醇具有稳定沸点，而散热器的输出液体温度变化很小，所以可以得到比较稳定的电流。
- 详细介绍：
- 本项目主要针对当今世界的环境保护及节约资源两大主题，对卡车进行节能减排方面的改造。 卡车最大的能源浪费是发动机的尾气。所以在这个项目中，我们将在环保、经济、技术可行等各个前提下，提出合适的方案，将卡车的尾气能量进行部分回收，并利用于汽车本身。 温差发电是当今在利用热能发电方面比较成熟的技术。温差发电片利用塞贝克效应制成，即由于两种不同电导体或半导体TEC1-03130T125型温差发电片的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。本项目中，我们利用排气管加热1，2-丙二醇，再由散热器降低1，2-丙二醇温度，这样造成一个热源及一个相对冷源，我们就可以利用温差发电得到电流。因为丙二醇具有稳定沸点，而散热器的输出液体温度变化很小，所以可以得到比较稳定的电流。散热方面，我们利用与汽车散热相同的方式，即散热水箱加风扇的方式散热。这样，温差发电机便可以只利用汽车尾气余热发出汽车所需的全部电量。
作品图片
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
- 作品设计的目的： 在当今社会，资源越来越紧缺。人们为了探求新的资源，从身旁的风流，浪花，流水。在经过我们团队的长时间观察后，我们认为，汽车的发动机尾气在能源方面有较大的利用价值。 作品的基本思路： 众所周知，现代汽车所用的内燃机能源利用效率极低，理想状况下仅为30%转化为机械能，平均水平更低，只有百分之十几。而剩余的能量全部转化为发动机身（大部分在尾气）的热能，如此巨大的能量损失。我们任其通过水流及风流将其散发到空气中。我们团队针对这个现象，决定用温差发电解决汽车尾气的热散失。这样不仅能减少废气排放，而且发出的电能回收再利用，又可以为汽车省油，提高发动机效率。这样，我们就完成了一个利用汽车废热无任何原料消耗的情况下，为汽车回收电力的系统。 作品的创新点： 我们的发电机由于采用利用塞贝克效应制成的温差 发电片组成，具有体积小，质量轻，效率高，无运动组件，噪音小，寿命长，性能稳定，相比以前同类产品成本低等诸多有点。如果正常使用，可以做到10年以上时间不需要维修。 技术关键和主要技术指标： 现在市面上较为廉价，性价比较好的普通温差片通常耐温程度不超过200℃，而汽车排气管的温度基本在400-500℃，所以我们必须将排气管温度降下来，才能为温差片所用。我们采用尾气加热苯甲醛的办法，这样既可以降低排气管温度到苯甲醛的沸点178℃，又能使热源保持稳定温度，避免发电电压出现大的波动。然后高温液体经散热器降温，做为冷源，最后又流到热水箱，完成了一个循环。
科学性、先进性
- 项目的科学先进性： a)利用汽车尾气发电，再回收利用的构思； b)采用无消耗、无污染、无噪音等优点的温差发电装置； c)采用循环液设计，无物质损耗； d)采用1,2-丙二醇作为循环液，高沸点、低比热，易升降温； e)采用扁体排气管设计，增大循环液吸热； f)将空气压缩机和空调压缩机改为电驱动，由温差发电机供电，节省油耗。
获奖情况及鉴定结果
- 参加2010年6月5日在华南理工大学举办的第一届“和氏璧化工”高校环保科技创意设计大赛，获得银奖
作品所处阶段
- 理论试验阶段
技术转让方式
- 专利
作品可展示的形式
- 设计图纸
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
- 汽车的动力经历了从燃油内燃机到替代燃料内燃机再到燃油电动混合动力最后向纯电动汽车方向发展的历程。但是无论对于任何形式的动力，发动机热量的散失是永远无法避免的，如何利用这些废热的研究也将会一直进行下去。 温差发电作为一个具有无污染，无噪音，质量轻，体积小，寿命长等各方面优点的发电题材，在热能发电方面具有很大的研究前途，尤其是在人类不可或缺的汽车领域。通过利用温差发电，卡车在相同的路程可以节省原来1/4的油量，这样每100公里就只需要消耗37.5L的柴油，这对于行程非常远的卡车来说，能够节省一大笔的成本。 而在环保被重视程度日益增加的今天，不论是政府，企业，还是一般的车主，都在寻求既能减少环境污染，又能提高经济效益的方式，而利用温差发电技术来资源化回收利用汽车尾气热量，无疑是满足此需求的最佳方式，因此，可以预测，该项目在未来将会有巨大的市场空间。
同类课题研究水平概述
- 国外： 2003 年11 月美国能源部宣布资助太平洋西北国家实验室、密西根技术大学等单位，重点支持他们在高性能热电材料和应用技术方面的研究，特别是工业余热废热的利用。近年来，对低品位热源的利用成为温差发电技术研究的大方向。Maneewan 等利用置于屋顶的钢板吸收太阳能集热升温与环境之间的温差发电，带动轴流风机引导屋顶空气自然对流，从而给屋顶降温。Rida等将温差发电器热端与该国一种做饭的火炉外壁连接，冷端置于空气中，利用炉壁高温与环境的温差来发电，输出功率达4.2 W。Hasebe 等利用夏日路面高温做热源，热交换管为集热器，采用19 组温差电组件，在热管管内液体流速为0.7 L/min 时，输出功率3.6 W。Ikoma 等在汽车发动机上安装72 组SiGe 材料温差发电模块，最大温差123 ℃，最大输出功率86.4 W。Thacher等在美国能源部和纽约州能源研究开发权利机构资助下开发的汽车尾气余热发电系统，使用20 组HZ-20 温差电组件，热电材料为Bi-Te 基材料，汽车时速112 km/h 时，最大温差174 ℃，最大输出功率255 W。2006 年，BSST 的科学家和BMW 联合宣布，商用的汽车温差发电器将于2013 年投入使用。Douglas 等针对热源动态变化情况，设计出多模块交互回路温差发电器，在相同热源下，输出功率最大提高25%。 国内： 国内在温差发电方面的研究起步相对较晚，主要集中在理论和热电材料的制备等方面的研究。陈金灿课题组从20 世纪80 年代开始对温差发电器的基础理论进行研究，对温差发电器的性能进行优化分析，得到很多有意义的成果。苏景芳研究了系统与环境，系统与系统之间的热流关系，对系统的性能特性作出优化，建立温差发电器优化设计模型。李伟江从非平衡热力学角度出发，建立单层多电偶发电器在低温差下稳定工作的模型。研究温差发电器在内部结构和外部换热条件变化情况下的运行规律，与实验相结合，得出最佳匹配系数下，输出功率和发电效率均随最大温差近似呈线性变化，同时指出解决发电效率低的问题根本上依靠的是材料性能的改善。刚现东理论分析和实验研究相结合，通过模拟坦克排气筒附近区域制冷状况，由降温情况评估红外隐身效果，得出以坦克尾气余热为热源将温差电技术应用于坦克红外隐身完全可行的结论。
