汽车余热回收系统



汽车余热回收系统

汽车常用的往复式发动机不能将燃料产生的能量全部用于机械工作，在一个标准的循环工况下，约有40%能量通过高温废气以热能的形式耗散在外部空气中。而使用余热回收系统可以对上述热量进行回收，并将其转化为电力以重新被汽车使用，从而可节省燃料，降低碳氢化合物和碳氧化合物的排放。

提出了一种新的余热回收系统，该系统通过使用热管和温差发电器实现了对余热的完全主动回收。其中，热管是一种主动传热设备，其热传导率比铜高出多个数量级；温差发电器相当于一个没有运动部件的热力发电机，当其两侧出现温差时将产生电压和电功率。当高温废气通过汽车排气管时，余热回收系统通过扇片提取热量，之后通过热管将热量传递到温差发电器温度较高的一侧，而温差发电器温度较低的一侧与发动机冷却系统相连，保证了温差发电器两侧具有足够的温差。由于温差发电器和热管具有工作温度的限制，因而选用萘热管。萘热管的工作温度为250～450℃，当废气温度低于250℃时，不提取热量，保证了发动机处于低负荷时不启动余热回收系统，使系统具有主动性。给出了新系统设计的原理图以及相关组件连接图。文中通过简化假设，建立了新系统工作时的数学模型，模型共有14个方程，包含14个参数。选择一个具有代表性的V6、3.8L火花塞式点火汽油机作为试验模型，根据其排气条件，借助上述模型对该新系统进行数值模拟，预测其性能。模拟时，设定发动机能够提供8kW的机械功率并利用Maple数学软件对得到的方程组进行求解。模拟结果显示，约有1825W的热量传递进入新系统中，并产生了53.75W的电能，CO2排放量降低了1.125%。此外，该新系统还具有尺寸较小、质量较轻和成本较低等优点。

BradleyGlennOrretal. SAE 2015-01-0051.

编译：李臣