CN113565609A - 尾气能量回收系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于尾气能量回收技术领域，具体涉及一种尾气能量回收系统。本发明中的尾气能量回收系统包括进气单元、发动机和能量回收单元，进气单元包括进气管、电涡轮增压器和蓄电池，电涡轮增压器设于进气管的进气端，蓄电池与电涡轮增压器电连接，且蓄电池与电涡轮增压器分别与控制中心相连接，进气管的出气端与发动机的进气端相连通，能量回收单元包括排气管和回收装置，排气管的进气端与发动机的出气端相连通，回收装置的一端与排气管的出气端相连通，回收装置与蓄电池电连接且回收装置的另一端与外界相连通，回收装置在尾气通过时能够产生电力并传输给蓄电池。通过使用本技术方案中的尾气能量回收系统，提高了发动机热效率，降低了能源的浪费。
Description
技术领域
本发明属于尾气能量回收技术领域，具体涉及一种尾气能量回收系统。
背景技术
全球能源持续紧张，我国能源现状也不容乐观。中国是世界上商用车保有量大国，其中大多使用柴油发动机，然而发动机总热量的三分之一以尾气的方式排到空气中，造成能源浪费与空气污染。以潍柴WP13为例总能量876kj/s，242kj/s以排气的形式排出。另外，随着排气温度的增高，导致排气系统的许多零部件寿命都降低，例如排气接管螺栓损坏、增压器隔热层等的损坏。
发明内容
本发明的目的是至少解决现有尾气能量浪费过多的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的第一方面提出了一种尾气能量回收系统，包括：
进气单元，所述进气单元包括进气管、电涡轮增压器和蓄电池，所述电涡轮增压器设于所述进气管的进气端，所述蓄电池与所述电涡轮增压器电连接，且所述蓄电池与所述电涡轮增压器分别与控制中心相连接；
发动机，所述进气管的出气端与所述发动机的进气端相连通；
能量回收单元，所述能量回收单元包括排气管和回收装置，所述排气管的进气端与所述发动机的出气端相连通，所述回收装置的一端与排气管的出气端相连通，所述回收装置与所述蓄电池电连接且所述回收装置的另一端与外界相连通，所述回收装置在尾气通过时能够产生电力并传输给所述蓄电池。
通过使用本技术方案中的尾气能量回收系统，由于回收装置在尾气通过时能够产生电力并传输给所述蓄电池，因此蓄电池能够提供电力给进气单元的电涡轮增压器，通过控制中心的控制能够实时调节电涡轮增压器的进气量，既保证了发动机充足的进气量，又能消除机械涡轮带来的延迟，同时本发明利用尾气在回收装置内进行发电，提高了发动机热效率，降低了尾气能源的浪费。
另外，根据本发明的尾气能量回收系统，还可具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施方式中，所述回收装置包括壳体、第一发电组件和第二发电组件，所述壳体内部具有中空结构，所述第一发电组件和所述第二发电组件分别位于所述中空结构的相对两侧并与所述壳体的周向部的内壁相连接。
在本发明的一些实施方式中，所述壳体的第一侧部设有进气口，所述壳体的第二侧部设有出气口，所述进气口和所述出气口分别与所述中空结构相连通。
在本发明的一些实施方式中，所述第一发电组件包括第一内搪瓷钢板、第一内铜片导体、第一PN结组、第一外铜片导体、第一外搪瓷钢板和第一导线，所述第一内铜片导体和所述第一外铜片导体分别连接于所述第一PN结组的相对两侧，所述第一外搪瓷钢板的一侧连接于所述第一外铜片导体远离所述第一PN结组的一侧，所述第一外搪瓷钢板的另一侧与所述周向部相连接，所述第一内搪瓷钢板连接于所述第一内铜片导体远离所述第一PN结组的一侧，所述第一导线的一端与所述第一PN结组相连接，所述第一导线的另一端与所述蓄电池相连接。
在本发明的一些实施方式中，所述PN结组包括多个PN结，多个所述PN结沿所述壳体的轴线方向间隔设置。
在本发明的一些实施方式中，所述壳体的第一侧部设有出水口，所述壳体的第二侧部设有进水口。
在本发明的一些实施方式中，所述周向部和所述第一外搪瓷钢板之间设有冷却腔，所述冷却腔分别与所述进水口和所述出水口相连通。
在本发明的一些实施方式中，所述回收装置上设有温度传感器和第一压力传感器，所述温度传感器和所述第一压力传感器均与所述控制中心相连接，所述温度传感器用于检测所述第一外搪瓷钢板的温度，所述第一压力传感器用于检测所述排气管的出气端的气体压力。
在本发明的一些实施方式中，所述尾气能量回收系统还包括尾气动能发电组件，所述尾气动能发电组件与所述回收装置的所述另一端相连接，所述尾气动能发电组件沿气体流动的方向依次包括涡轮连接管、废气涡轮、电磁阀和高速发电机，所述高速放电机与所述蓄电池电连接，所述废气涡轮的出气端与所述外界相连通，所述电磁阀设于所述废气涡轮上。
在本发明的一些实施方式中，所述废气涡轮的出气端设有第二压力传感器，所述第二压力传感器与所述控制中心相连接，所述第二压力传感器用于检测所述废气涡轮的出气端的气体压力。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1示意性地示出了根据本发明实施方式的尾气能量回收系统的整体结构示意图；
图2为图1中尾气能量回收系统的回收装置的剖面结构示意图；
图3示意性地示出了根据本发明实施方式的尾气能量回收系统的模块示意图。
附图中各标号表示如下：
11：进气管、12：电涡轮增压器；
20：发动机；
31：排气管、32：回收装置、321：壳体、3211：进水口、3212：出水口、3213：冷却腔、3221：第一内搪瓷钢板、3222：第一内铜片导体、3223：第一PN结组、3224：第一外铜片导体、3225：第一外搪瓷钢板；34：排气连接管。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
图1示意性地示出了根据本发明实施方式的尾气能量回收系统的整体结构示意图。图3示意性地示出了根据本发明实施方式的尾气能量回收系统的模块示意图。如图1和3所示，本发明提出了一种尾气能量回收系统。本发明中的尾气能量回收系统包括进气管11、电涡轮增压器12和蓄电池，电涡轮增压器12设于进气管11的进气端，蓄电池与电涡轮增压器12电连接，且蓄电池与电涡轮增压器12分别与控制中心相连接，进气管11的出气端与发动机20的进气端相连通，能量回收单元包括排气管31和回收装置32，排气管31的进气端与发动机20的出气端相连通，回收装置32的一端与排气管31的出气端相连通，回收装置32与蓄电池电连接且回收装置32的另一端与外界相连通，回收装置32在尾气通过时能够产生电力并传输给蓄电池。
通过使用本技术方案中的尾气能量回收系统，由于回收装置32在尾气通过时能够产生电力并传输给蓄电池，因此蓄电池能够提供电力给进气单元的电涡轮增压器12，通过控制中心的控制能够实时调节电涡轮增压器12的进气量，既保证了发动机20充足的进气量，又能消除机械涡轮带来的延迟，同时本发明利用尾气在回收装置32内进行发电，提高了发动机20热效率，降低了尾气能源的浪费。
具体地，如图1所示，本实施方式中回收装置32和发动机20之间还设有排气连接管34，用于实现气体的传送。
在本发明的一些实施方式中，如图1和2所示，回收装置32包括壳体321、第一发电组件和第二发电组件，壳体321内部具有中空结构，第一发电组件和第二发电组件分别位于中空结构的相对两侧并与壳体321的周向部的内壁相连接。本实施方式中的第一发电组件和第二发电组件结构相同。第一发电组件和第二发电组件位于中空结构并且相对设置，在尾气通过回收装置32时，发电组件能够由于尾气的热量而产生电流，并最终传递给蓄电池，这样能够使得蓄电池为进气单元的电涡轮增压器12进行电力的提供，达到实时调节电涡轮增压器12的进气量的目的，提升了可调节度。
具体地，在其他的实施方式中，在壳体321的周向部的内壁上也可以均设有发电组件，即设有四个发电组件，这样能够最大限度的对尾气的能量进行回收和利用，提升了尾气的回收效率和热效率。
在本发明的一些实施方式中，壳体321的第一侧部设有进气口，壳体321的第二侧部设有出气口，进气口和出气口分别与中空结构相连通。进气口用于尾气进入到回收装置32内部(即中空结构内)，出气口用于尾气由壳体321内(即中空结构内)流出回收装置32。进气口和出气口能够保证尾气的动态流动。
具体地，本实施方式中的壳体321的材料为搪瓷钢板，本实施方式中的壳体321可以为分体式结构，便于整体回收装置32的装配。
在本发明的一些实施方式中，如图2所示，第一发电组件包括第一内搪瓷钢板3221、第一内铜片导体3222、第一PN结组3223、第一外铜片导体3224、第一外搪瓷钢板3225和第一导线，第一内铜片导体3222和第一外铜片导体3224分别连接于第一PN结组3223的相对两侧，第一外搪瓷钢板3225的一侧连接于第一外铜片导体3224远离第一PN结组3223的一侧，第一外搪瓷钢板3225的另一侧与周向部相连接，第一内搪瓷钢板3221连接于第一内铜片导体3222远离第一PN结组3223的一侧，第一导线的一端与第一PN结组相连接，第一导线的另一端与蓄电池相连接。尾气的气流经过回收装置32时，使得第一内搪瓷钢板3221的温度大于第一外搪瓷钢板3225的温度，因此内外搪瓷钢板之间形成了温差，此时第一PN结组中富含电子的一端的电子通过两个铜片导体向空穴一端移动，从而形成电势差，进而产生电流。其中，第一PN结组通过串联与并联的方式进行连接，与第一PN结组相连接的第一导线能够把电能传递给蓄电池并进行储存，最终完成尾气的能量回收和蓄电池对电涡轮增压器12的调节。
具体地，本实施方式中的第一内搪瓷钢板3221的厚度大于第一外搪瓷钢板3225的厚度，由于第一内搪瓷钢板3221处于与尾气相接触的空间，所以厚度要尽量大一些，从而在与尾气相接触的环境中达到耐受高温的目的。
具体地，如图2所示，本实施方式中的第一外搪瓷钢板3225靠近周向部的一侧还设有若干凸起，若干凸起与周边部的内壁面相抵，这样能够使得第一外搪瓷钢板3225具有一定的支撑力或者支持力，从而提高一定的稳固性能。
在本发明的一些实施方式中，如图2所示，PN结组包括多个PN结，多个PN结沿壳体321的轴线方向间隔设置。PN结具有单向导电性，设置多个能够加强电子的导电性能，并最终将电力通过第一导线传输给蓄电池，完成尾气能量回收的目的。
在本发明的一些实施方式中，如图2所示，壳体321的第一侧部设有出水口3212，壳体321的第二侧部设有进水口3211。本实施方式中的出水口3212和进水口3211均设于壳体321的底端并用于向壳体321的周向部内输送冷却液，从而对第一外搪瓷钢板3225进行温度的控制。
在本发明的一些实施方式中，如图2所示，周向部和第一外搪瓷钢板3225之间设有冷却腔3213，冷却腔3213分别与进水口3211和出水口3212相连通。为保证第一外搪瓷钢板3225的温度维持在一个较低值，因此对第一外搪瓷钢板3225进行散热。其中散热方式是通过进水口3211将发动机20的循环水输送到冷却腔3213内，并最终由出水口3212流出，从而进行对第一外搪瓷钢板3225的散热。
在本发明的一些实施方式中，回收装置32上设有温度传感器和第一压力传感器，温度传感器和第一压力传感器均与控制中心相连接，温度传感器用于检测第一外搪瓷钢板3225的温度，控制中心会根据温度传感器的信息来控制循环水的流速，实现稳定的散热过程，提升了可靠性，第一压力传感器用于检测排气管31的出气端的气体压力。
在本发明的一些实施方式中，尾气能量回收系统还包括尾气动能发电组件，尾气动能发电组件与回收装置32的另一端相连接，尾气动能发电组件沿气体流动的方向依次包括涡轮连接管、废气涡轮、电磁阀和高速发电机，高速放电机与蓄电池电连接，废气涡轮的出气端与外界相连通，电磁阀设于废气涡轮上。经过回收装置32的尾气，动能并没有损失，之后尾气在经过涡轮连接管进入废气涡轮，高压高速的尾气气体会冲击废气涡轮中的叶轮，使其高速旋转，并带动高速发电机中的转子转动，从而产生电能，并输送并储存到蓄电池中。尾气经过尾气动能发电组件的过程，实现了对尾气能量的二次回收，进一步地提升了对尾气能量的回收再利用的效率。
在本发明的一些实施方式中，废气涡轮的出气端设有第二压力传感器，第二压力传感器与控制中心相连接，第二压力传感器用于检测废气涡轮的出气端的气体压力。其中，废气涡轮转动必定会产生一定背压，但是需要背压在可控制范围内，这需要根据不同机型进行具体的分析和计算。第二压力传感器测得废气涡轮出气端的排气压力为P1,第一压力传感器所测得的排气管3131的出气口处的气体压力为P2，两者之间的差值P2-P1＝A，A＜20kpa(该数据只针对的一种机型，其他机型需要具体分析的计算)时，位于废气涡轮上的电磁阀处于关闭状态，进行正常作业。当A＞20kpa时，位于废气涡轮上的电磁阀打开，此时会有部分气体直接排出，以减小排气背压，并且进行正常作业。
进一步地，本发明中尾气回收能量系统的作业流程为：进气单元将空气带进进气管11，并输入至发动机20中进行利用，在经过发动机20的空气变为尾气将排出至发动机20，此时尾气会先进入到排气管31，并随后进入到回收装置32中，尾气经过回收装置32时，尾气的热量将传递给第一内搪瓷钢板3221，使得第一内搪瓷钢板3221和第一外搪瓷钢板3225之间形成温度差，从而产生电力并传输到蓄电池。之后的尾气在通过尾气动能回收单元，在此单元中的尾气仍然具有一定的动能，会冲击废气涡轮中的叶轮，使其高速旋转，并带动高速发电机中的转子转动，从而产生电能，并二次输送并储存到蓄电池中。之后的尾气最终排放至外界，而存储电力的蓄电池会对进气单元的电涡轮增压器12进行作用，调节电涡轮增压器12的进气量，既保证了发动机20充足的进气量，又能消除机械涡轮带来的延迟。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种尾气能量回收系统，其特征在于，包括：
进气单元，所述进气单元包括进气管、电涡轮增压器和蓄电池，所述电涡轮增压器设于所述进气管的进气端，所述蓄电池与所述电涡轮增压器电连接，且所述蓄电池与所述电涡轮增压器分别与控制中心相连接；
发动机，所述进气管的出气端与所述发动机的进气端相连通；
能量回收单元，所述能量回收单元包括排气管和回收装置，所述排气管的进气端与所述发动机的出气端相连通，所述回收装置的一端与排气管的出气端相连通，所述回收装置与所述蓄电池电连接且所述回收装置的另一端与外界相连通，所述回收装置在尾气通过时能够产生电力并传输给所述蓄电池。
2.根据权利要求1所述的尾气能量回收系统，其特征在于，所述回收装置包括壳体、第一发电组件和第二发电组件，所述壳体内部具有中空结构，所述第一发电组件和所述第二发电组件分别位于所述中空结构的相对两侧并与所述壳体的周向部的内壁相连接。
3.根据权利要求2所述的尾气能量回收系统，其特征在于，所述壳体的第一侧部设有进气口，所述壳体的第二侧部设有出气口，所述进气口和所述出气口分别与所述中空结构相连通。
4.根据权利要求2所述的尾气能量回收系统，其特征在于，所述第一发电组件包括第一内搪瓷钢板、第一内铜片导体、第一PN结组、第一外铜片导体、第一外搪瓷钢板和第一导线，所述第一内铜片导体和所述第一外铜片导体分别连接于所述第一PN结组的相对两侧，所述第一外搪瓷钢板的一侧连接于所述第一外铜片导体远离所述第一PN结组的一侧，所述第一外搪瓷钢板的另一侧与所述周向部相连接，所述第一内搪瓷钢板连接于所述第一内铜片导体远离所述第一PN结组的一侧，所述第一导线的一端与所述第一PN结组相连接，所述第一导线的另一端与所述蓄电池相连接。
5.根据权利要求4所述的尾气能量回收系统，其特征在于，所述PN结组包括多个PN结，多个所述PN结沿所述壳体的轴线方向间隔设置。
6.根据权利要求4所述的尾气能量回收系统，其特征在于，所述壳体的第一侧部设有出水口，所述壳体的第二侧部设有进水口。
7.根据权利要求6所述的尾气能量回收系统，其特征在于，所述周向部和所述第一外搪瓷钢板之间设有冷却腔，所述冷却腔分别与所述进水口和所述出水口相连通。
8.根据权利要求4所述的尾气能量回收系统，其特征在于，所述回收装置上设有温度传感器和第一压力传感器，所述温度传感器和所述第一压力传感器均与所述控制中心相连接，所述温度传感器用于检测所述第一外搪瓷钢板的温度，所述第一压力传感器用于检测所述排气管的出气端的气体压力。
9.根据权利要求1所述的尾气能量回收系统，其特征在于，所述尾气能量回收系统还包括尾气动能发电组件，所述尾气动能发电组件与所述回收装置的所述另一端相连接，所述尾气动能发电组件沿气体流动的方向依次包括涡轮连接管、废气涡轮、电磁阀和高速发电机，所述高速放电机与所述蓄电池电连接，所述废气涡轮的出气端与所述外界相连通，所述电磁阀设于所述废气涡轮上。
10.根据权利要求9所述的尾气能量回收系统，其特征在于，所述废气涡轮的出气端设有第二压力传感器，所述第二压力传感器与所述控制中心相连接，所述第二压力传感器用于检测所述废气涡轮的出气端的气体压力。
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2021
- 2021-07-20 CN CN202110819901.3A patent/CN113565609A/zh active Pending
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