利用熔盐传热导热实现汽车尾气余热回收的热池及热管理系统
2025-02-25 19:17
No.1344025441190813696
技术概要
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本技术涉及利用熔盐传热导热实现汽车尾气余热回收的热池及热管理系统。该热池包括尾气流动管、导热油流动管和热池壳体;热池壳体中盛有相变材料熔盐。热池在两介质的基础上用高沸点的导热油替换低沸点的制冷剂,添加熔盐介质,实现三介质互相热交换,采用波纹管代替普通钢管,克服了因汽车尾气排放间接性、随机性带来的换热介质循环中断的问题,实现了传热储热一体化,传热储热能力强。该系统包括空调回路模块、发动机回路模块、热池放热回路模块、电池回路模块和两个五通阀。该系统具有多种不同的应用场景,尾气直接与热池换热器中的导热油换热实现直接放热,通过将将尾气中的热量储存在相变材料中,需要使用时实现储热换热。
背景技术
随着人们生活水平的日益提高,汽车逐渐变成家家户户生活中不可或缺的一部分。汽车在给人们出行带来方便的同时,也随之带来一系列问题,比如:能源浪费、环境污染等。燃料燃烧产生的热量通过各种途径损失很多,导致汽车的热效率较低。其中,汽车尾气带走了很大一部分,约占总热量的三分之一,而且其温度高达几百摄氏度。因此,汽车尾气具有极高的回收利用价值。 目前,对于汽车尾气回收利用的方法和装置层出不穷,大部分以常见换热器为基础来直接转化和利用这部分热量。发动机燃油能量损耗严重的重要原因之一是能量的浪费。在发动机工作过程中,燃油燃烧的总能量中仅有约30%的能量转化为有用功,剩余的能量会流失到大气环境当中。其中,冷却操作过程中耗散的能量大约占30%,而尾气排放过程中损耗的能量高达35%。因此,有效回收利用尾气当中的余热能量,可以大幅提高能源利用率并降低燃油消耗率。 现有的汽车尾气余热处理和回收利用技术,主要集中在提高能源效率和降低环境污染方向。以下是几种常见的的处理和回收方法: (1)热电发电技术 热电发电技术是一种利用热电材料直接将热能转化为电能的技术,依靠塞贝克效应实现能量转换。与传统的热力学发电系统不同,热电发电具有无运动部件、结构简单、可靠性高等优势。热电发电的核心是热电材料的塞贝克效应。当热电材料的两端存在温差时,材料内部的电子或空穴在热梯度作用下产生定向运动,形成电势差,最终输出电能。热电发电技术的基本工作过程包括:温差产生,热源(如废气、发动机部件、工业余热)在热电模块的一侧提供热量,而另一侧保持较低温度,形成温差。电子/空穴定向移动,由于热梯度的存在,电子或空穴在高温侧获得能量并向低温侧运动,产生电动势。电流生成,热电材料的两端会产生电压,连接外部电路后形成电流,输出电能。 (2)有机朗肯循环 有机朗肯循环系统是一种利用低温热源(如废热、地热或太阳能)发电的技术,应用于回收和利用工业、交通运输及自然界中的低品位热能。有机朗肯循环系统基于经典的朗肯循环工作原理,但使用低沸点的有机工质(如氟利昂、异丁烷或硅油)代替水蒸气,以适应低温和中温热源条件,提升系统能效。有机朗肯循环与传统的蒸汽朗肯循环类似,都是通过工质的相变来实现热能到机械能的转化,再将机械能转化为电能。然而,有机朗肯循环系统选用的工质沸点较低,能够在较低的温度下蒸发并驱动涡轮机,特别适合低品位热源的利用。 现有的汽车尾气余热处理和回收利用技术存在以下不足:第一、效率低:很多传统换热器在热交换过程中的效率较低,无法充分回收尾气余热。第二、体积大:一些设计较为笨重,增加了汽车的整体重量,影响车辆性能。第三、耐用性不足:部分材料在高温和腐蚀环境中容易老化,导致换热器寿命短。第四、安装复杂:安装和维护相对繁琐,增加了制造和维护成本。引入尾气回收系统会增加系统复杂性和占用空间,可能会带来更多的维护成本,并增加制造成本,一些尾气余热回收装置体积大,不适合空间有限的轻型汽车,尤其是在小型车辆中难以集成。 尾气余热回收换热器是汽车尾气余热回收利用系统中的重要组成部分。目前,现有的尾气余热回收换热器系统存在以下不足:第一,多为尾气与制冷剂两种介质进行换热的换热器,由于汽车尾气的排放具有高强度性、间接性、随机性和机动性,会对两种介质进行换热的换热器系统造成循环中断等影响。而且由于制冷剂的沸点远低于导热油,汽化后会影响管路气压导致系统不稳定,且换热效率较低;第二,现有的储热式换热器与传热式换热器单独分离,储热传热能力差,散热能力强,热容量小,导致在较大负荷情况下不能保证热量的供应。此外,对于电动汽车来说,在极端天气条件时,电动汽车需开启PTC来维持座舱内舒适温度,维持发动机、电池在其合适的工作温度区间内,而PTC使用能耗占座舱能耗的30%左右,使得电动汽车在高低温环境下时续航里程大打折扣。 因此,为了解决现有技术中的不足,亟需实现一种利用熔盐传热导热实现汽车尾气余热回收的热池及热管理系统。
实现思路
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该技术已申请专利,如用于商业用途,请联系技术所有人!
技术研发人员:
朱波  潘禹宏  张忆  张浩田  王志贤  陈志伟
技术所属: 合肥工业大学
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