CN109458245B - 一种利用汽车尾气温差发电提升scr转化效率的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用汽车尾气温差发电提升SCR转化效率的系统，包括汽车尾气温差发电装置和排气加热装置，汽车尾气温差发电装置包括蓄电池、稳压电路、MPPT、温差发电片、冷却水管道、冷却水箱，排气加热装置包括电阻丝网、蓄电池、温度传感器、ECU；该系统以低品位的汽车尾气为热源，采用循环水对温差发电片的冷端进行冷却，采用稳压电路进行稳压，电阻丝网由蓄电池供电并对排气进行加热，提高SCR系统进气温度。本发明针对低温排气工况和低温环境下使用，提高排气温度，促进尿素水解，提升SCR系统低温工况转化效率，减少汽车有害气体排放。

Description

一种利用汽车尾气温差发电提升SCR转化效率的系统
技术领域
本发明涉及汽车尾气余热的利用和尾气后处理技术领域，具体为利用汽车尾气和冷却水之间温差不间断发电并存储，利用该能量在管道中对排气进行加热，从而促进尿素热解，提高SCR转化率。
背景技术
在汽车工业快速发展带给人们舒适、便捷的同时，日益严重的能源紧张问题和尾气污染也日益凸显。在汽车发动机工作过程中约有30％-40％的能量随尾气排放到大气中，同时产生NOx等有害气体，造成能源浪费和环境污染。近年来，石油产量的下降和排放法规的不断严格对发动机能源利用效率和NOx排放的控制提出了更高的要求。温差发电技术可以有效利用汽车尾气低品位能源、提高排气温度，提高SCR转化率，减少汽车有害污染物排放。
发动机处于不同运行工况和过渡工况时，温差发电片所产生电压、电流不稳定，需要使用DC-DC稳压电路，将不稳定电压、电流转化为稳定电压、电流输出。同时也可以对蓄电池起到保护作用，延长蓄电池使用寿命。
汽车使用环境不大相同，当汽车低温运行时，冷却水可能结冰，且SCR系统处于低温工况时，排气温度较低，尿素不易分解，在管道内形成结晶，降低NOx转化率，无法有效减少汽车有害污染物排放。通过对排气加热，提高排气温度，将有效促进尿素热解，减少结晶形成，提高SCR在低温环境和低温工况下的转化率，有效减少汽车尾气污染物排放。
发明内容
本发明旨在提供一种利用汽车尾气温差发电、并在低温环境和低温工况下对排气进行电加热的加热系统。本发明利用汽车尾气余热进行温差发电，不需要额外对系统内加热装置供电，可有效解决SCR系统在低温环境和低温工况时，排气温度低、尿素喷雾易形成结晶、尿素热解率低和NOx转化率低等问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种利用汽车尾气温差发电提升SCR转化效率的系统，包括汽车尾气温差发电装置和排气加热装置，汽车尾气温差发电装置包括蓄电池、温差发电片和冷却水管道，排气加热装置包括电阻丝网、蓄电池、电子控制单元和温度传感器；所述电阻丝网依次与蓄电池电子控制单元和温度传感器连接，电阻丝网设于排气管道内部的混合器前端，温度传感器伸入排气管道内部；所述蓄电池还与双层结构的温差发电片相连，温差发电片沿排气管道轴向等距离紧密贴合在排气管道上，温差发电片外侧安装双层冷却水管道，冷却水管道与冷却水箱相连。
上述方案中，所述双层结构的温差发电片包括第一、二层温差发电片，第一层温差发电片位于第二层温差发电片内侧，且第一层温差发电片的工作温度高于第二层温差发电片；所述双层冷却水管道内层安装在第二层温差发电片的外侧，冷却水管道的外层为两端盖封闭且开有进、出口的管道，两端盖分别固定有若干隔板，隔板的长度小于冷却水管道外层的长度，两侧的隔板交错布置。
上述方案中，所述蓄电池与温差发电片之间连接有稳压电路，所述稳压电路与温差发电片之间连接有最大功率点示踪器。
上述方案中，所述温差发电片为环形发电片，材料为Bi2Te3。
上述方案中，所述冷却水箱中添加有防冻液。
上述方案中，所述冷却水管道两端使用固定机构固定，防止冷却水管道移动，所述固定机构为法兰盘，并对法兰盘的突出部分进行焊接。
本发明的有益效果为：
1)环形温差发电片沿排气管道轴向等距离(5cm)排列，并紧密贴合于排气管道上，以便充分利用排气管道余热。
2)温差发电片为双层结构，且第一层温差发电片的工作温度高于第二层温差发电片，提高能量利用效率。
3)冷却水管道的外层为两端盖封闭且开有进、出口的管道，两端盖分别固定有隔板，两侧的隔板交错布置，有利于冷却水带走温差发电片冷端热量，降低冷端温度，提高发电效率。
4)电阻丝网对排气进行加热，提高排气温度从而促进尿素分解，有效避免了尿素在低温环境下易形成结晶的问题。
5)电子控制单元和温度传感器结合使用，智能控制蓄电池对电阻丝网供电，避免了蓄电池内电能的浪费。
6)固定机构为带有突出结构的法兰盘，其突出结构便于焊接。
附图说明
图1为本发明所述汽车尾气温差发电提升SCR转化效率的系统结构示意图；
图2为本发明的排气管道结构示意图；
图3为本发明的冷却水管道内部结构示意图。
图中：1-排气管道；2-电阻丝网；3-蓄电池；4-混合器；5-DC-DC稳压电路；6-最大功率点示踪器；7-温差发电片；8-固定机构；9-冷却水管道；10-冷却水箱；11-电子控制单元；12-温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方案进一步说明。
如图1所示，一种利用汽车尾气温差发电提升SCR转化效率的系统，该系统包括两套装置：汽车尾气温差发电装置和排气加热装置，汽车尾气温差发电装置包括环形温差发电片7(材料为Bi2Te3)、温差发电片固定机构8、冷却水箱10、冷却水管道9、DC-DC稳压电路5、蓄电池3、最大功率点示踪器6(MPPT)，排气加热装置包括电阻丝网2、蓄电池3、电子控制单元11(ECU89661-0Z230/0Z240)、温度传感器12。
排气管道1前端的内部设有混合器4，混合器4的前端、尿素喷嘴的后端通过焊接方式固定电阻丝网2，电阻丝网2通过导线依次与蓄电池3、电子控制单元11、温度传感器12连接，温度传感器12安装时伸入排气管道1内部，监测排气温度，实时向电子控制单元11反馈，电子控制单元11对蓄电池3输出的开启和关闭起到控制作用，当温度低于临界温度300℃时，启动排气加热装置，对排气进行加热。
蓄电池3还依次与DC-DC稳压电路5、最大功率点示踪器6、温差发电片7通过导线连接，温差发电片7沿排气管道轴向等距离(5cm)间隔紧密贴合在排气管道1上，温差发电片7为双层结构，第一层温差发电片紧密贴合在在排气管道1上，第一层温差发电片外侧依次安装有第二层温差发电片、冷却水管道9，冷却水管道9两端使用固定机构8(法兰盘)固定，并对法兰盘的突出部分进行焊接，防止冷却水管道9移动，如图2所示；第一层温差发电片的工作温度高于第二层温差发电片，以充分利用汽车尾气余热。冷却水管道9与冷却水箱10相连，温差发电装置冷端采用循环水进行冷却，冷却水由冷却水箱10流入冷却水管道9对温差发电片7冷端进行冷却。
如图3所示，冷却水管道9为双层管道，内层安装在温差发电片7的外侧，冷却水管道9的外层为两端盖封闭且开有进、出口的管道，两端盖分别固定有若干隔板3-1，隔板3-1的长度小于冷却水管道9外层的长度，两侧的隔板3-1交错布置，使冷却水按照“之”字形的线路进行流通，和温差发电片7进行更加有效的换热，有效降低温差发电片7的冷端温度，提高温差发电片7两端温差；冷却水箱10中添加有防冻液，防止低温环境下冷却水结冰；最大功率示踪器6可使温差发电片7始终保持最大功率输出；发动机工况的不稳定导致温差发电片7的输出电压、电流不稳定，在蓄电池3前加设DC-DC稳压电路5，使输出电压、电流稳定。
电阻丝网2将蓄电池3传递的电能转化为热能对排气进行加热，提高排气温度，有效改善尿素雾化效果、提高尿素热解率、减少结晶、提高SCR转化率和减少汽车尾气污染物排放。
工作过程：
温差发电片7将排气管处热能转化为电能，通过最大功率示踪器6使温差发电片7始终以最大功率发电，利用DC-DC稳压电路5将温差发电片输出电压、电流进行稳压稳流后输入蓄电池3，温度传感器12实时监测排气管道1进口处温度，电子控制单元11接收温度传感器12的信号，当温度低于300℃时，电子控制单元11控制蓄电池3对电阻丝网2供电，电阻丝网2将蓄电池3内存储的电能转化为热能，从而对排气加热提高排气温度，促进尿素在排气管道1内的热解，通过减少尿素在排气管道1内的结晶达到提升SCR系统的转化效率的目的。
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 (6)

1.一种利用汽车尾气温差发电提升SCR转化效率的系统，其特征在于，包括汽车尾气温差发电装置和排气加热装置，汽车尾气温差发电装置包括蓄电池(3)、温差发电片(7)和冷却水管道(9)，排气加热装置包括电阻丝网(2)、蓄电池(3)、电子控制单元(11)和温度传感器(12)；
所述电阻丝网(2)依次与蓄电池(3)电子控制单元(11)和温度传感器(12)连接，电阻丝网(2)设于排气管道(1)内部的混合器(4)前端，温度传感器(12)伸入排气管道(1)内部；
所述蓄电池(3)还与双层结构的温差发电片(7)相连，温差发电片(7)沿排气管道轴向等距离紧密贴合在排气管道(1)上，温差发电片(7)外侧安装双层冷却水管道(9)，冷却水管道(9)与冷却水箱(10)相连；
所述双层结构的温差发电片(7)包括第一、二层温差发电片，第一层温差发电片位于第二层温差发电片内侧，第一层温差发电片紧密贴合在在排气管道(1)上，且第一层温差发电片的工作温度高于第二层温差发电片；
所述温差发电片(7)为环形发电片，材料为Bi2Te3；
所述双层冷却水管道(9)内层安装在第二层温差发电片的外侧，冷却水管道(9)的外层为两端盖封闭且开有进、出口的管道，两端盖分别固定有若干隔板(3-1)，隔板(3-1)的长度小于冷却水管道(9)外层的长度，两侧的隔板(3-1)交错布置。
2.如权利要求1所述一种利用汽车尾气温差发电提升SCR转化效率的系统，其特征在于，所述蓄电池(3)与温差发电片(7)之间连接有稳压电路(5)。
3.如权利要求2所述一种利用汽车尾气温差发电提升SCR转化效率的系统，其特征在于，所述稳压电路(5)与温差发电片(7)之间连接有最大功率点示踪器(6)。
4.如权利要求1所述一种利用汽车尾气温差发电提升SCR转化效率的系统，其特征在于，所述冷却水箱(10)中添加有防冻液。
5.如权利要求1所述一种利用汽车尾气温差发电提升SCR转化效率的系统，其特征在于，所述冷却水管道(9)两端使用固定机构(8)固定，防止冷却水管道(9)移动。
6.如权利要求5所述一种利用汽车尾气温差发电提升SCR转化效率的系统，其特征在于，所述固定机构(8)为法兰盘，并对法兰盘的突出部分进行焊接。
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