[實用新型]一種汽車發動機尾氣余熱熱電轉換臺架試驗裝置

無效

• 申請號: 200920229780.1
• 申請日: 2009-11-09
• 公開（公告）號: CN201653569U
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發明（設計）人: 全書海;全睿;黃亮;張清杰;鄧亞東;唐新峰;翟鵬程;蘇楚奇;胡漾;熊竟濤;楊柳春;王月
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01K7/00
• 分類號: G01K7/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 潘杰

技術領域

本實用新型屬于一種熱電轉換裝置及控制方法，具體而言，是一種汽車發動機尾氣余熱熱電轉換臺架試驗裝置。

背景技術

近年來由于在技術上熱電材料性能的不斷提升，以及環保議題上溫室效應和二氧化碳減排等因素，利用熱電轉換技術，進一步將大量廢熱回收轉為電能的方式，普遍得到日、美、歐等先進國家的重視。低溫余熱、特別是300℃以下的廢熱再利用，增加了熱電發電的競爭力，一些新興應用研究諸如垃圾焚燒余熱、煉鋼廠的余熱、特別是利用汽車發動機尾氣的余熱進行發電，為汽車提供輔助電源的研究也正在進行，并且已有部分研究成果在國外投入初步的實際應用。相關研究和計算表明，傳統內燃機汽車其發動機在實際運行中產生的能量約有60％以熱量的方式丟失，這些熱量大多通過尾氣排出，直接導致了汽車發動機效率和燃油利用率明顯偏低，國外在車輛排氣發電方面，以Nissan公司研發最為積極，利用占總廢熱約30％的排氣熱能發電提供發動機輔助電源，每臺車約能有200W的電力回充電瓶，據統計可減少5％的燃油支出，這無疑為其今后商品化乃至產業化指明了方向。國內關于這方面的研究目前大多處于實驗室初步階段，類似成熟的產品或裝置少見報道，因此，若基于熱電轉換特性將這部分廢熱加以充分利用給車載相關弱電設備供電，在節約能源的同時可以提高汽車發動機的效率和燃油利用率，從長遠意義上看具有很好的經濟效益和廣闊的市場前景。

目前已有的汽車發動機尾氣余熱熱電轉換裝置大多利用發動機自身冷卻系統中90℃左右的冷卻水保持熱電轉換模塊的冷端溫度不變產生電能，由于冷端溫度較高且不可調節特別是在發動機轉速較低時冷熱端溫差較小，使得熱電轉換效率和能量利用率不高，輸出功率大多為500W以下，這樣造成帶負載能力明顯不足，因此常常需要外掛大容量的蓄電池給車載設備供電，這樣投入汽車使用后成本回收周期太長(按節省5％的燃油支出計算至少需要4年)。另外，對熱電轉換單模塊在不同溫度差情況下的端電壓和內阻缺乏有效的監測和控制，使得熱電轉換模塊的使用壽命、可靠性和安全性都大打折扣，維護成本過高，這些綜合因素嚴重阻礙了其未來的市場化和產業化。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種通過改變電網上的室內交流負載功率和發動機的轉速模擬汽車運行工況的熱電轉換臺架試驗裝置，通過控制發動機的轉速、熱電轉換模塊組的冷端溫度以及能量分配，分析與研究汽車發動機用熱電轉換模塊的熱電轉換效率、輸出特性與冷熱端溫度差的變化規律以及單模塊的衰減特性等，找出不同熱冷端溫度差條件下的最優工作區和給定輸出功率條件下的最優冷端溫度區，控制策略和方法可直接用于大功率汽車發動機尾氣余熱熱電轉換裝置中，具有高效節能、安全性高、可靠性強、輸出能力大的優點，以克服上述的不足。

為實現上述目的。本實用新型由汽車發動機單元、熱電轉換單元、輸出儲能單元、溫度檢測單元、單模塊巡檢單元、主控制單元構成，其特點是：

汽車發動機單元：通過汽車發動機驅動同步發電機發電，利用自動準同期裝置對同步發動機進行調壓、調頻以及合閘控制實現與三相市電電網相連，同時排出高溫尾氣與熱電轉換單元進行熱傳遞；

熱電轉換單元：利用熱電轉換模塊組吸收導熱管中尾氣的余熱，通過控制循環水的溫度使其冷端和熱端保持一定溫度差產生直流電能；

輸出儲能單元：將產生的直流電能進行降壓變換給可調電子負載供電，當蓄電池組的SOC不足時為其充電進行儲能；

溫度檢測單元：利用溫度傳感器檢測汽車發動機原始排氣管的出口溫度以及熱電轉換單元中熱電轉換模塊組的冷熱端溫度和上下水套的進出口水溫，與主控制單元進行CAN通信實現數據傳輸；

單模塊巡檢單元：檢測同一溫度梯度下并聯的每組熱電轉換模塊的端電壓，結合冷熱端溫度差和輸出功率研究熱電轉換單元的內阻和轉換效率等特性，與主控制單元進行CAN通信實現數據傳輸；

主控制單元：檢測熱電轉換單元的循環水壓力和流量、輸出儲能單元的相關電壓和電流，接收上位機的控制命令并對相關執行機構發送控制信息，調節相關過程參數并對能量流進行綜合管理。