CN108533362A - 一种基于柴油机排气余热温差发电的主动再生dpf能量供给系统 - Google Patents

一种基于柴油机排气余热温差发电的主动再生dpf能量供给系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于柴油机排气余热温差发电的主动再生DPF能量供给系统，属于主动再生DPF技术领域，该系统包括温差发电模块、控制模块、DPF再生模块和排气管，温差发电模块包括温差发电片、最大功率点追踪器、蓄电池及冷却水道，DPF再生模块包括加热电阻丝网、DPF和多层隔热棉，控制模块包括压差传感器、温度传感器和电子控制单元。该系统利用柴油机高温排气与环境温差产生电能，作为主动再生DPF的能量来源，摆脱发动机工况限制或额外消耗发动机输出功率来实现DPF再生。

Description

一种基于柴油机排气余热温差发电的主动再生DPF能量供给 系统
技术领域
本发明属于主动再生DPF技术领域，尤其涉及一种基于柴油机排气余热温差发电的主动再生DPF能量供给系统。
背景技术
传统柴油机工作过程中所消耗燃料的总能量仅有25％供汽车正常运行所使用，总能量的30％被柴油机的冷却系统耗散，总能量的5％消耗于机械件的摩擦和柴油机结构的热辐射，40％总能量都通过排气散失。由此可见，柴油机排气中携带的大量能量并没有得到有效的利用。
颗粒物是柴油机排放污染物控制的重点，颗粒物捕集器(DPF)是目前控制颗粒物排放的主流后处理技术之一。
DPF本身只能收集颗粒物并不能直接清除颗粒物，如果颗粒物不能及时清除，排气阻力将逐渐增加，当滤芯被严重堵塞时，柴油机排气背压急剧上升，使发动机性能恶化。因此，必须对DPF进行再生。
各种DPF的主动再生方法受发动机运行工况、过滤体受热损毁、再生功率源等影响无法推广使用。
发明内容
本发明的目的是弥补上述现有技术的缺点和不足，提供一种基于柴油机排气余热温差发电的主动再生DPF能量供给系统，该系统采用温差发电模块产生电能并通过蓄电池存储，控制模块监控DPF运行状态，适时释放电能加热排气，实现DPF安全有效再生。
本发明技术方案是：
一种基于柴油机排气余热温差发电的主动再生DPF能量供给系统，包括温差发电模块、控制模块、DPF再生模块和排气管，所述温差发电模块包括温差发电片、最大功率点追踪器、冷却水道和蓄电池，温差发电片依次与最大功率点追踪器、蓄电池串联，所述控制模块包括压差传感器、温度传感器及电子控制单元，所述DPF再生模块包括加热电阻丝网和DPF，所述排气管包括第一排气管和第二排气管；所述温差发电片的热端贴在第一排气管进口端的外壁面上，所述第一排气管出口端与DPF、第二排气管通过法兰依次联结，所述蓄电池与加热电阻丝网、电子控制单元依次相连，电子控制单元还连有压差传感器、温度传感器，压差传感器两个探头分布在DPF两端，温度传感器布置在加热电阻丝网与DPF之间的第一排气管内部，所述电子控制单元还与蓄电池相连，实现对控制模块供电；所述温差发电片的冷端被冷却水道包裹；所述DPF外部包裹有多层隔热棉。
上述方案中，所述第一排气管一端的外壁面上在高温区、中温区、低温区依次贴有三种A、B、C三种类型的温差发电片。
上述方案中，所述控制模块的工作过程为：压差传感器监测DPF两端压差ΔP，并向电子控制单元反馈，电子控制单元预存了DPF碳烟负荷达到再生临界值ΔPC和标志DPF再生完成的压差值ΔP0，当测得的压差ΔP大于再生临界值ΔPC时，电子控制单元即发出指令，启动DPF再生模块，蓄电池给加热电阻丝网供电，加热柴油机排气，氧化沉积在DPF上的颗粒物，当测得的压差ΔP小于DPF再生完成的压差值ΔP0时，电子控制单元发出指令，DPF再生模块停止工作；此外，电子控制单元预存DPF再生安全温度TC,当温度传感器测得的温度T大于TC时，电子控制单元发出指令，DPF再生模块停止工作。
本发明的有益效果为：本发明利用柴油机排气余热与环境温差产生的电能作为主动再生DPF的能量来源，摆脱发动机运行工况限制或额外消耗发动机输出功率来实现DPF安全有效再生。本发明以柴油机的排气余热作为主动再生DPF能量来源，不仅有效提高了柴油机燃油能量利用效率，还能有效控制柴油机颗粒物排放。
附图说明
图1是一种基于柴油机排气余热温差发电和再生DPF能量供给系统原理图；
图2是温差发电片安装示意图；
图3是冷却水道布置示意图。
其中：1-温差发电片，2-蓄电池，3-最大功率点追踪器，4-加热电阻丝网，5-冷却水道，6-电子控制单元，7-DPF，8-隔热棉，9-第一排气管，10-第二排气管。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，下面将结合相关实施例附图对本发明进行进一步地解释。附图中给出了本发明的实施例，但本发明并不仅限于上述的优选实施例。相反，提供这些实施例的目的是为了使本发明的公开面更加充分。
如图1所示，本实施例所描述的一种基于柴油机排气余热温差发电的主动再生DPF能量供给系统，系统采用柴油机排气余热与环境的温差发电作为DPF再生的能量来源，系统包括温差发电模块、控制模块、DPF再生模块和排气管，温差发电模块包括温差发电片1、蓄电池2、最大功率点追踪器3及冷却水道5，控制模块包括压差传感器、温度传感器及电子控制单元6，DPF再生模块包括加热电阻丝网4、DPF7及隔热棉8，排气管包括第一排气管9和第二排气管10；温差发电片1的热端贴在第一排气管9进口端的外壁面上，温差发电片1与最大功率点追踪器3、蓄电池2通过导线依次串联，将柴油机排气热能转化为电能存储于蓄电池2中，温差发电片1的冷端被冷却水道5包裹(图3)，并在冷却水道5中通入冷却水进行冷却，第一排气管9出口端通过法兰与DPF7的一端联结，DPF7另一端通过法兰联结第二排气管10，蓄电池2与加热电阻丝网4一端相连，对加热电阻丝网4供电、加热排气，通过高温排气氧化沉积在DPF7上的颗粒物实现DPF再生，加热电阻丝网4的另一端与电子控制单元6相连，电子控制单元6还依次连有压差传感器、温度传感器，压差传感器两个探头分布在DPF7两端，用于采集DPF7两端的压差ΔP，温度传感器布置在加热电阻丝网4与DPF7之间的第一排气管9内部，用于监测柴油机排气温度，电子控制单元6还与蓄电池2相连，实现蓄电池2对控制模块供电，DPF7外部包裹有多层隔热棉8，降低热量损失，保持DPF在较高温度。
蓄电池2能够储存温差发电系统产生的电能，并在DPF再生模块工作时释放。
最大功率点追踪器3(MPPT)能够实时侦测温差发电片1的发电电压，并追踪最高电压电流值，使温差发电模块以最大输出功率对蓄电池2充电。
如图2所示，由于第一排气管9外壁面上存在高温区、中温区、低温区三种温度区域，沿排气管轴线贴有A、B、C三种不同类型的温差发电片，三种类型的温差发电片耐高温特性和PN结对数不同。
控制模块预存的信息需要提前进行标定，标定DPF7的再生临界值ΔPC、再生完成的压差值ΔP0。压差传感器的探头分布在DPF7两端，实时向控制模块传递DPF7两端压力差的信息ΔP，并向电子控制单元反馈。电子控制单元6预存了DPF7碳烟负荷达到再生临界值ΔPC和标志DPF再生完成的目标压差ΔP0，当测得的压差ΔP大于再生临界值ΔPC时，电子控制单元6即发出指令，启动DPF再生模块，蓄电池2给加热电阻丝网4供电，加热柴油机排气，氧化沉积在DPF7上的颗粒物；当测得的压差ΔP小于DPF再生完成的压差值ΔP0时，电子控制单元6发出指令，DPF再生模块停止工作。电子控制单元6预存DPF再生安全温度TC,当温度传感器测得的温度T大于TC时，电子控制单元6发出指令，DPF再生模块停止工作。电子控制单元6还可以根据温度传感器所测的温度，调整排气温度，实现DPF安全有效再生。
一种基于柴油机排气余热温差发电的主动再生DPF能量供给系统，利用柴油机排气余热与环境温差产生的电能作为主动再生DPF的能量来源，摆脱发动机运行工况限制或额外消耗发动机输出功率来实现DPF安全有效再生。该系统包括温差发电模块、控制模块和DPF再生模块。温差发电模块利用温差发电片1和最大功率点追踪器3将柴油机排气的热能以最大功率转化为电能储存于蓄电池2。蓄电池2存储的电能可以为DPF再生模块和控制模块提供电能。在温差发电片1冷端布置冷却水道5用以增加温差发电片1发电量。控制模块通过压差传感器和温度传感器采集DPF两端的压力信号和温度信号，并传输至电子控制单元6，电子控制单元6分析信号识别DPF状态，向DPF再生模块发出指令。DPF再生模块可以利用蓄电池2存储的电能通过加热电阻丝网4加热排气，高温排气从DPF中流过，从而氧化DPF收集的微粒，实现DPF的再生。在DPF外围包裹隔热棉8提高DPF再生效果。
以上依据图示的实施例详解说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所做的改变，或者修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于柴油机排气余热温差发电的主动再生DPF能量供给系统，其特征在于，包括温差发电模块、控制模块、DPF再生模块和排气管，所述温差发电模块包括温差发电片(1)和蓄电池(2)，所述控制模块包括压差传感器、温度传感器及电子控制单元(6)，所述DPF再生模块包括加热电阻丝网(4)和DPF(7)，所述排气管包括第一排气管(9)和第二排气管(10)；所述温差发电片(1)热端贴在第一排气管(9)进口端的外壁面上，温差发电片(1)与蓄电池(2)串联，所述第一排气管(9)出口端与DPF(7)、第二排气管(10)依次联结，所述蓄电池(2)与加热电阻丝网(4)、电子控制单元(6)依次相连，电子控制单元(6)还连有压差传感器、温度传感器，压差传感器两个探头分布在DPF(7)两端，温度传感器布置在加热电阻丝网(4)与DPF(7)之间的第一排气管(9)内部，所述蓄电池(2)和电子控制单元(6)相连，实现对控制模块供电。
2.如权利要求1所述的一种基于柴油机排气余热温差发电的主动再生DPF能量供给系统，其特征在于，所述温差发电片(1)与蓄电池(2)之间还串联有最大功率点追踪器(3)。
3.如权利要求2所述的一种基于柴油机排气余热温差发电的主动再生DPF能量供给系统，其特征在于，所述温差发电片(1)与最大功率点追踪器(3)、蓄电池(2)通过导线依次串联。
4.如权利要求1所述的一种基于柴油机排气余热温差发电的主动再生DPF能量供给系统，其特征在于，所述温差发电片(1)的冷端被冷却水道(5)包裹。
5.如权利要求1所述的一种基于柴油机排气余热温差发电的主动再生DPF能量供给系统，其特征在于，所述DPF(7)外部包裹有多层隔热棉(8)。
6.如权利要求1所述的一种基于柴油机排气余热温差发电的主动再生DPF能量供给系统，其特征在于，所述第一排气管(9)进气端的外壁面上在高温区、中温区、低温区贴有三种不同类型的温差发电片(1)。
7.如权利要求1所述的一种基于柴油机排气余热温差发电的主动再生DPF能量供给系统，其特征在于，所述第一排气管(9)出口端依次与DPF(7)、第二排气管(10)通过法兰联结。
8.如权利要求1所述的一种基于柴油机排气余热温差发电的主动再生DPF能量供给系统，其特征在于，所述控制模块的工作过程为：压差传感器监测DPF(7)两端压差ΔP，并向电子控制单元(6)反馈，电子控制单元(6)预存了DPF碳烟负荷达到再生临界值ΔPC和标志DPF再生完成的压差值ΔP0，当测得的压差ΔP大于再生临界值ΔPC时，电子控制单元(6)即发出指令，启动DPF再生模块，蓄电池(2)给加热电阻丝网(7)供电，加热柴油机排气，氧化沉积在DPF(7)上的颗粒物；当测得的压差ΔP小于DPF再生完成的压差值ΔP0时，电子控制单元(6)发出指令，DPF再生模块停止工作；此外，电子控制单元(6)预存DPF再生安全温度TC，当温度传感器测得的温度T大于TC时，电子控制单元(6)发出指令，DPF再生模块停止工作。
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