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基本信息

項(xiàng)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
簡(jiǎn)介：
針對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣余熱白白浪費(fèi)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(dòng)機(jī)尾氣余熱回收存儲(chǔ)與利用系統(tǒng)。利用設(shè)計(jì)的特殊蓄能器對(duì)汽車運(yùn)行過程中尾氣排放管道壁產(chǎn)生的熱量進(jìn)行回收，將其轉(zhuǎn)化為液壓能存儲(chǔ)在普通蓄能器中，并設(shè)計(jì)一套與之相配的液壓傳動(dòng)回路，利用回收的液壓能作為車輛啟動(dòng)、汽車轉(zhuǎn)向、離合助力，車門開閉和汽車雨刷等液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力源，且一定程度上降低了尾氣排放溫度，從根本上實(shí)現(xiàn)節(jié)能和減排。
詳細(xì)介紹：
當(dāng)今社會(huì)，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(jī)動(dòng)車是當(dāng)今社會(huì)最為普遍的能源消耗源，然而，在機(jī)動(dòng)車上，由于受到內(nèi)燃機(jī)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(shí)，由于開發(fā)新能源汽車需要大量的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)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(duì)當(dāng)今社會(huì)能源危機(jī)的最為有效的途徑之一。 雖然針對(duì)汽車節(jié)能國(guó)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(dòng)機(jī)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(shí)，針對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收利用的研究在國(guó)內(nèi)也剛開展不久，國(guó)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(dòng)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(dòng)驅(qū)動(dòng)及作為其他輔助機(jī)械的動(dòng)力源，這在國(guó)內(nèi)外目前還沒有開展過深入的研究。 液壓傳動(dòng)是一種較為節(jié)能的傳動(dòng)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(dòng)機(jī)尾氣余熱回收存儲(chǔ)與利用系統(tǒng)。利用設(shè)計(jì)的特殊蓄能器對(duì)汽車運(yùn)行過程中尾氣排放管道壁產(chǎn)生的高溫?zé)崃窟M(jìn)行回收，將其轉(zhuǎn)化為液壓能進(jìn)行儲(chǔ)存，并設(shè)計(jì)一套與之相配的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，利用回收儲(chǔ)存的液壓能作為車輛啟動(dòng)及車輛其他輔助器械的動(dòng)力源，從而達(dá)到汽車節(jié)能減排的目的，這相當(dāng)于間接提高發(fā)動(dòng)機(jī)燃料燃燒的效率。

作品圖片

  • 基于蓄能器原理的汽車尾氣余熱利用系統(tǒng)
  • 基于蓄能器原理的汽車尾氣余熱利用系統(tǒng)
  • 基于蓄能器原理的汽車尾氣余熱利用系統(tǒng)

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

作品目的：針對(duì)汽車運(yùn)行過程中大量尾氣余熱白白浪費(fèi)的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)一套尾氣余熱利用系統(tǒng)對(duì)尾氣排放管道壁的高溫進(jìn)行回收，將其轉(zhuǎn)化為液壓能儲(chǔ)存，并利用儲(chǔ)存的液壓能來實(shí)現(xiàn)車輛的啟動(dòng)與制動(dòng)。 基本思路：基于蓄能器原理實(shí)現(xiàn)汽車尾氣余熱回收、轉(zhuǎn)化、儲(chǔ)存與利用，理論依據(jù)為液壓與氣動(dòng)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(chǔ)油室，在氣室中充以一定壓力的干燥氮?dú)獾?，?chǔ)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(chǔ)油室儲(chǔ)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(jì)的雙循環(huán)蓄能器、普通蓄能器、啟動(dòng)馬達(dá)、制動(dòng)部件、相關(guān)的液壓氣壓控制回路和附件。特別設(shè)計(jì)的蓄能器作為余熱回收裝置；普通蓄能器用來儲(chǔ)存回收的液壓能；液壓能的利用依靠設(shè)計(jì)的液壓傳動(dòng)回路分別實(shí)現(xiàn)車輛啟動(dòng)和相關(guān)液壓助力驅(qū)動(dòng)。 創(chuàng)新點(diǎn)、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(jì)的雙循環(huán)蓄能器（液、氣循環(huán)）；預(yù)期回收發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣余熱的20%左右，回收儲(chǔ)存的液壓能作為動(dòng)力源實(shí)現(xiàn)車輛啟動(dòng)及汽車其他液壓助力驅(qū)動(dòng)，尤其在北方寒冷地區(qū)室外停放的車輛，常常出現(xiàn)啟動(dòng)電源饋電無法及時(shí)啟動(dòng)車輛的情況,本設(shè)計(jì)一定程度上替代汽車車載電池啟動(dòng)車輛，同時(shí)降低尾氣排放溫度，從根本上實(shí)現(xiàn)節(jié)能和減排。

科學(xué)性、先進(jìn)性

本作品具有一定的理論意義和較強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值，學(xué)術(shù)思想新穎、創(chuàng)新點(diǎn)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(jī)汽車，而燃油在發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒產(chǎn)生的熱量并未全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)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(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)這部分能量一般為40%～45%?？紤]到尾氣中酸性氧化物的露點(diǎn)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(duì)于提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性，減少溫室氣體的排放是很有利的。 本作品擬設(shè)計(jì)一套雙循環(huán)蓄能器和相關(guān)液壓傳動(dòng)回路，將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣余熱轉(zhuǎn)化為液壓能進(jìn)行回收存儲(chǔ)與利用。本作品預(yù)計(jì)回收余熱效率為20%左右，且本裝置易于安裝更換,對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)不會(huì)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(jiǎng)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(jìng)賽二等獎(jiǎng)； 2011年5月在哈爾濱工程大學(xué)取得入圍第四屆全國(guó)大學(xué)生節(jié)能減排大賽入圍資格；

作品所處階段

實(shí)物模擬實(shí)驗(yàn)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(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

本作品有效地回收了汽車曾經(jīng)白白流失的能量，實(shí)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(dòng)力源，結(jié)構(gòu)輕便簡(jiǎn)單，易于安裝，拆卸方便，不需對(duì)汽車進(jìn)行改裝，因此并不會(huì)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的本有性能產(chǎn)生影響。 本作品不會(huì)花費(fèi)很大成本就可以到達(dá)節(jié)能減排的目的，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(jì)雙循環(huán)蓄能器，其加工是比較容易的。如實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，其造價(jià)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(jī)車輛，為車輛正常及應(yīng)急啟動(dòng)、轉(zhuǎn)向及制動(dòng)助力提供液壓能。

同類課題研究水平概述

針對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣余熱回收利用的研究在國(guó)內(nèi)剛開展不久，國(guó)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(shí)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(shí)運(yùn)用，否則將會(huì)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(shí)應(yīng)用勢(shì)必會(huì)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(huì)太高。對(duì)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(shí)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(duì)汽車尾氣余熱的利用并不是經(jīng)濟(jì)有效的方式。
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