CN204877711U - 一种采用闭式布列顿循环的汽车尾气余热发电装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种采用闭式布列顿循环的汽车尾气余热发电装置，该装置采用空气、二氧化碳、氮气或氦气作为循环工质，回收汽车尾气的余热用于布列顿循环发电，从涡轮机排出的气体经空气散热器降温后，再作为布列顿循环的工质使用。该装置使汽车燃料燃烧产生的热能利用更加合理，同时避免了布列顿循环工质中的污垢对涡轮机的影响，涡轮机的安全得到保障，达到节能降耗的目的。

Description

一种采用闭式布列顿循环的汽车尾气余热发电装置
技术领域
本实用新型涉及一种汽车尾气余热发电装置，特别涉及一种采用闭式布列顿循环的汽车尾气余热发电装置，属于燃气轮机技术应用领域。
背景技术
随着人民生活水平的提高，汽车的销售量及保有量越来越大，目前我国汽车销售量已经达到了每年1900万辆，民用汽车保有量已经达到了11000万辆。汽车能源消耗在总能源消耗中所占的比例越来越高，汽车节能问题越来越受到关注，节能已经成为当今世界汽车工业发展的主题之一。
从目前汽车所用发动机的热平衡测试结果来看，用于动力输出的功率一般只占燃油燃烧总热量的30％-45％(柴油机)或20％-30％(汽油机)。以余热形式排出车外的能量占燃烧总能量的55％-70％(柴油机)或80％-70％(汽油机)，主要包括循环冷却液带走的热量和汽车尾气带走的热量。目前，以余热形式排出车外的能量占汽油燃烧总能量的70％(汽油机)，主要有两大部分组成，一部分来自行驶过程中发动机通过排气管排放的废气热量，属于中温余热(350-400℃，40％)；另一部分来自行驶过程中汽车发动机通过冷却液在发动机散热器处散去的热量，属于低温余热(80-90℃，30％)。
从上述数据可以看出汽车发动机废气带走的热量有较大的利用空间，有待进一步的商业开发及利用。因此如何提高汽车的能源使用效率，有效的回收利用汽车的排热，是实现汽车节能，降低汽车能源消耗的有效途径。随着我国汽车工业的迅速发展，提高汽车燃料有效利用率和减少环境污染在我国具有更重要的意义。
中国专利201110318411.1、201210116850.9、201320687768.1等提供了采用有机朗肯循环回收汽车或船用柴油机尾气余热的装置，其优点是余热回收的效率较高，其存在的问题是余热回收系统较为复杂、运行控制要求较高、必须要考虑有机工质泄漏问题。
中国专利201310370090.9、201420186570.X、201410788161.1、201510002155.3等提供了采用温差发电偶回收汽车尾气余热的装置，其优点是系统运行简单、无运转设备，其存在的问题是余热回收的效率较低，热电转换效率一般不超过5％。
中国专利201420741477.0、201420486201.2等提供了采用蒸汽朗肯循环回收汽车尾气余热的装置，其优点是技术成熟、余热回收的效率较高，其存在的问题是余热回收系统较为复杂、运行控制要求较高，热惰性大。
中国专利201420684088.9提供了一种汽车尾气涡轮发电机，其优点是结构简单、占用空间小，其存在的问题是汽车发动机排出的尾气压力并不高，热电转换效率较低，因此存在进一步优化的空间。
中国专利201320854012.1提供了一种卡诺-开放式布雷顿混合循环发电设备，采用燃料燃料产生的热量，加热经压气机压缩后的空气，拖动燃气轮机膨胀做功，其特色是通过优化的压力设计及恰当的加热温度，循环过程中不设置回热器，使得开放式布列顿循环排放尾气的温度接近于环境的空气温度，从而有效增加了功的输出，用于替代传统的燃气轮机循环及布列顿循环，其存在的问题是回热器的设计、制造、运行要求高，因此如何拓展其应用范围值得研究。
外燃式燃气轮机循环是在回热式燃气轮机循环的基础上发展起来的，其结构与回热循环结构相似。此循环的显著特点是：实现了燃气涡轮机的间接加热，使燃气不经过涡轮机，避免了燃料中的污垢经过燃烧后混合在烟气中，进而对涡轮机造成的损伤。因此如何拓展其应用范围值得研究。
因此如何解决现有汽车尾气发电技术存在的问题，建立效率较高、安全的发电模式，使燃料燃烧产生的热能利用更加合理，有效降低温室气体的排放，成为该领域研究的难点。
发明内容
本实用新型是为解决现有技术存在的问题，提供一种采用闭式布列顿循环的汽车尾气余热发电装置，高效回收汽车发动机尾气余热用于布列顿循环发电，达到节能降耗的目的。
本实用新型的目的是通过以下措施实现的：
一种采用闭式布列顿循环的汽车尾气余热发电装置，该装置通过回热器回收汽车发动机高温尾气的余热，用于布列顿循环发电，其特征在于：
汽车发动机高温尾气18经回热器13降温后形成低温烟气19排出；
所述的闭式布列顿循环是指工质10经压气机11压缩后，形成高压工质12，经回热器13回收汽车发动机高温尾气18的余热后，生成的高压高温工质14送入涡轮机15，拖动发电机16发电，高压高温工质14经涡轮机15降温降压后形成排气17，经空气散热器降温后形成工质10，从而形成闭式布列顿循环回路。
设有杂质滤清器：所述的工质10经杂质滤清器过滤后送入压气机11。
所述的工质10包括但不限于空气、二氧化碳、氮气或氦气。
所述的压气机11采用一级压缩，或多级压缩、中间冷却方式。
所述的压气机11采用螺杆式压缩机、离心式压缩机或轴流式压缩机。
所述的回热器13包括但不限于管壳式、板式、板翅式。
所述的涡轮机15为涡旋式膨胀机、螺杆式膨胀机、离心式膨胀机。
所述的发电机16发出的电用于蓄电池充电或汽车系统供电。
所述的空气散热器20包括但不限于管壳式、板式、板翅式。
本实用新型中未说明的设备及其备用系统、管道、仪表、阀门、保温、具有调节功能的旁路设施等采用公知的成熟技术进行配套。
设有与本实用新型系统配套的安全、调控装置，采用现有成熟的调控技术进行配套，使汽车尾气余热发电装置能经济、安全、高效率运行，达到节能降耗的目的。
本实用新型相比现有技术具有如下优点：
1、余热回收及热电转换的效率较高，结构简单，运行调节方便；
2、采用工质如空气作为闭式布列顿发电系统的工质，安全运行性能较好，操作弹性大，便于安全应急措施的迅速实施。
附图说明
图1是本实用新型的一种采用闭式布列顿循环的汽车尾气余热发电装置流程示意图；
图1中：10-工质，11-压气机，12-高压工质，13-回热器，14-高压高温工质，15-涡轮机，16-发电机，17-排气，18-汽车发动机高温尾气，19-低温烟气，20-空气散热器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细描述。
实施例1：
如图1所示，本实用新型的一种采用闭式布列顿循环的汽车尾气余热发电装置流程示意图。
一种采用闭式布列顿循环的汽车尾气余热发电装置，该装置通过回热器回收汽车发动机高温尾气的余热，用于布列顿循环发电，采用空气作为布列顿循环的工质：汽车发动机高温尾气18经回热器13降温后形成低温烟气19排出；
所述的闭式布列顿循环是指工质10经压气机11压缩后，形成高压工质12，经回热器13回收汽车发动机高温尾气18的余热后，生成的高压高温工质14送入涡轮机15，拖动发电机16发电，高压高温工质14经涡轮机15降温降压后形成排气17，经空气散热器降温后形成工质10，从而形成闭式布列顿循环回路。
设有杂质滤清器：所述的工质10经杂质滤清器过滤后送入压气机11。
所述的压气机11采用螺杆式压缩机。
所述的回热器13采用管壳式。
所述的涡轮机15为涡旋式膨胀机。
所述的发电机16发出的电用于蓄电池充电。
所述的空气散热器20采用板翅式。
设有与本实用新型系统配套的安全、调控装置，采用现有成熟的调控技术进行配套，使汽车尾气余热发电装置能经济、安全、高效率运行，达到节能降耗的目的。
虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本实用新型，任何熟悉本领域专业的技术人员，在不脱离本实用新型之精神和范围内，可作各种简单修改、等同变化，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种采用闭式布列顿循环的汽车尾气余热发电装置，该装置通过回热器回收汽车发动机高温尾气的余热，用于布列顿循环发电，其特征在于：
汽车发动机高温尾气(18)经回热器(13)形成低温烟气(19)排出；
所述的布列顿循环是指工质(10)经压气机(11)压缩后，形成高压工质(12)，经回热器(13)生成高压高温工质(14)，送入涡轮机(15)拖动发电机(16)发电，高压高温工质(14)经涡轮机(15)降温降压后形成排气(17)，经空气散热器(20)降温形成工质(10)，从而形成闭式布列顿循环回路。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
该装置设有杂质滤清器：所述的工质(10)经杂质滤清器过滤后送入压气机(11)。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述的压气机(11)采用一级压缩，或多级压缩、中间冷却方式。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述的压气机(11)采用螺杆式压缩机、离心式压缩机或轴流式压缩机。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述的回热器(13)采用管壳式、板式、板翅式换热器。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述的涡轮机(15)为涡旋式膨胀机、螺杆式膨胀机、离心式膨胀机。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述的发电机(16)发出的电用于蓄电池充电或汽车系统供电。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述的空气散热器(20)采用管壳式、板式、板翅式换热器。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述的工质(10)采用空气、二氧化碳、氮气或氦气。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105626156A (zh) * 2016-01-12 2016-06-01 许铁钢 压力机发电系统
CN106246406A (zh) * 2015-06-08 2016-12-21 淮安信息职业技术学院 一种采用闭式布列顿循环的汽车尾气余热发电装置
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