[最新]論文 范文【 精品】基于LNG汽車尾氣余熱和冷能回收的溫差發(fā)電研究

1、最新實用范文 精品文檔 論文文獻 基于lng汽車尾氣余熱和冷能回收的溫差發(fā)電研究基于lng汽車尾氣余熱和冷能回收的溫差發(fā)電研究 摘要：本文主要探討了lng汽車尾氣余熱和冷能回收的溫差發(fā)電的研究。從汽車發(fā)動機尾氣余熱溫差發(fā)電的原理出發(fā)，探討了溫差發(fā)電材料及其模塊，最后探討了溫差發(fā)電裝置的組成及其工作原理。 關(guān)鍵詞：天然氣汽車；尾氣；余熱冷能回收；溫差發(fā)電 【分類號】tm913 筆者認為有效應(yīng)對當(dāng)今能源危機的重要舉措是提高對燃料的有效利用率，并對消耗的能量盡可能的進行回收。眾所周知，汽車的能源消耗率相當(dāng)之高，如何對汽車的尾氣進行回收就會十分關(guān)鍵。一方面，汽車尾氣帶走了大量的熱能，而這些熱能正是可以

2、作為重復(fù)開發(fā)利用的二次能源；另一方面，汽車尾氣隨便排放最終會對環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的污染，不符合對能源健康使用的要求。傳統(tǒng)的燃油汽車會造成嚴(yán)重的空氣污染，為了保護環(huán)境及減小對石油的依賴程 度，世界上許多國家致力于發(fā)展燃氣汽車。我國正在積極推進液化天然氣汽車的發(fā)展，液化天然氣汽車中的燃料液化天然氣儲存溫度低，經(jīng)水浴加熱后成為常溫的天然氣，再進入發(fā)動機燃燒，因為液化天然氣處于很低的溫度下，所以它擁有的冷卻能力是相當(dāng)可觀 的，對于燃料液化天然氣蘊含的大量高品位冷能，目前尚未發(fā)展出成熟的回收利用技術(shù)，一 般都被白白浪費，造成經(jīng)濟損失1。在本文中，筆者主要探討了天然氣汽車的尾氣余熱和冷能回收的溫差發(fā)電，從汽

3、車發(fā)動機尾氣余熱溫差發(fā)電的原理出發(fā)，探討了溫差發(fā)電材料及其模塊，最后探討了溫差發(fā)電裝置的組成及其工作原理。 1. 溫差發(fā)電原理 20世紀(jì)60年代提出的溫差發(fā)電概念就被用于解決汽車排氣余熱浪費的問題。溫差發(fā)電技術(shù)是利用熱電材料將熱能直接轉(zhuǎn)換為電能的新型發(fā)電技術(shù)。近年來，隨著對能源和環(huán)境等問題的日益重視，溫差發(fā)電作為一種“綠色”可靠的發(fā)電方式，已成為低品位能源高效利用領(lǐng)域的研究熱點，具有廣泛的應(yīng)用前景。溫差發(fā)電是利用某些半導(dǎo)體材料的塞貝克效應(yīng)將熱能轉(zhuǎn)化為電能，具體表現(xiàn)為在 半導(dǎo)體材料的冷端和熱端存在溫差時，兩端就會建立電勢差，若再構(gòu)成回路，就有電流產(chǎn) 生，此時半導(dǎo)體材料的作用相當(dāng)于直流電源，基于這

4、樣的原理，可以用半導(dǎo)體材料構(gòu)成溫差 發(fā)電器，對給定的電路，溫差發(fā)電器的發(fā)電效率定義為輸出到負載上的電能與熱端吸熱量之比，理論上，發(fā)電效率只與溫差發(fā)電器兩端的溫差及半導(dǎo)體材料本身的性質(zhì)有關(guān)，其他條 件給定時，溫差越大，發(fā)電效率越高，而且對同樣大小溫差，越處于低溫區(qū)，發(fā)電效率越高。 溫差發(fā)電器具有結(jié)構(gòu)簡單、壽命長、無噪聲、無運動件等優(yōu)點，所以在空間探索、醫(yī)用、低品 位熱能利用等很多領(lǐng)域得到應(yīng)用2。 2. 溫差發(fā)電材料及模塊 2.1 溫差發(fā)電材料 溫差發(fā)電原理自從被發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在廣泛運用已經(jīng)經(jīng)歷了近兩百年的時間，在這兩百年的時間中，不僅僅溫差發(fā)電的理論得到了拓展和完善，同時，對溫差發(fā)電材料的選擇也有了極

5、大的進步和發(fā)展，越來越多的高科技溫差發(fā)電材料被科研工作人員挖掘出來。從近年來對于溫差發(fā)電材料的研究中可以得知以下信息：決定溫差發(fā)電材料的具體性能一般有兩項，一項是溫差發(fā)電材料的塞貝克系數(shù)，此系數(shù)的代數(shù)值越大，表明此材料的熱電能轉(zhuǎn)換效率越高。另一項是溫差發(fā)電材料的導(dǎo)熱系數(shù)，此系數(shù)的代數(shù)值越大，表明此材料越容易導(dǎo)熱，越能夠低消耗和低耗損的傳遞熱能。在溫差發(fā)電學(xué)中一般采用優(yōu)值系數(shù)z 來表達某種材料的熱電能轉(zhuǎn)換性能。此系數(shù)涵蓋了以上兩個系數(shù)的綜合值，能夠更為直觀、合理、全面地反映一個系數(shù)的熱電能轉(zhuǎn)換效應(yīng)3。 2.2 溫差發(fā)電模塊 作為溫差發(fā)電裝置中的主體裝置溫差發(fā)電模塊，它在溫差發(fā)電裝置中起著核心的作

6、用，不僅能夠調(diào)節(jié)整體電路的溫度差值，防止因為溫度分布不均勻?qū)е聼崮艿暮膿p和電器的損壞，同時還能夠?qū)犭娔艿霓D(zhuǎn)換進行優(yōu)化，目前市場上有很多公司對此類溫差發(fā)電模塊都有著自身的研究和推廣，并且市場上的各種溫差發(fā)電模塊都有著個體的優(yōu)勢和短板，在進行實際選擇時，往往需要綜合各方面的情況，然后進行具體的選擇。 3. 溫差發(fā)電裝置的組成及其工作原理 目前大多數(shù)溫差發(fā)電裝置主要由以下幾個部件組成：管道（分為尾氣吸收端和排出端）、熱電轉(zhuǎn)換中心裝置、連接裝置和中心調(diào)控設(shè)備等。一般來說汽車尾氣先從管道的吸收端進入整個溫差發(fā)電裝置的內(nèi)部，然后尾氣在管道中進行傳遞，一直到尾氣排出端，管道的尾氣傳輸過程是溫差發(fā)電中極為重

7、要的一環(huán)。在尾氣進行傳輸?shù)倪^程中，熱能可以通過熱傳遞的方式從管道中傳到熱電轉(zhuǎn)換中心裝置，根據(jù)中心調(diào)控裝置對其具體內(nèi)部溫度進行合理的調(diào)控，然后實現(xiàn)溫差發(fā)電，順利把熱能轉(zhuǎn)換為電能。熱能被吸收后的尾氣則從溫差發(fā)電裝置的尾端排出，冷卻的尾氣在排出端與較熱的尾氣在吸收端形成相互對流，從而達到裝置尾氣的自動運行狀態(tài)4。 一種基于溫差發(fā)電的液化天然氣汽車?yán)淠芑厥障到y(tǒng)，包括液化天然氣儲罐，液化 天然氣儲罐的底部出口通過控制閥和溫差發(fā)電器中的冷流體側(cè)換熱器進口相連，冷流體側(cè)換熱器出口和液化天然氣汽車發(fā)動機的燃料進口相連，液化天然氣汽車發(fā)動機的排氣管與催化反應(yīng)器相連，催化反應(yīng)器通過調(diào)節(jié)閥的第一出口通向環(huán)境，調(diào)節(jié)閥

8、的第二出口和溫差發(fā)電器中的熱流體側(cè)換熱器進口連接，然后再通過溫差發(fā)電器中的熱流體側(cè)換熱器出口通向環(huán)境，系統(tǒng)的充電電路包括調(diào)壓電路，調(diào)壓電路與車 用發(fā)電機、用電設(shè)備和蓄電池并聯(lián)，電流表串聯(lián)在調(diào)壓電路與蓄電池之間， 溫差發(fā)電器引出的正負極與調(diào)壓電路相連接，開關(guān)和用電設(shè)備串聯(lián)。 利用低溫液化天然氣和高溫發(fā)動機排氣之間的大溫差構(gòu)建溫差發(fā)電器，不僅能回收液化天然氣的冷能，而且利用了液化天然氣在低溫下的冷火用，實現(xiàn)了對液化天然氣冷能“質(zhì)”的利用。低溫液化天然氣從液化天然氣儲罐通過控制閥進入到溫差發(fā)電器中的冷流體側(cè)換熱器，進入溫差發(fā)電器中的液化天然氣被汽化，同時作為溫差發(fā)電器的低溫冷源，氣態(tài)的天然氣從溫差發(fā)

9、電器導(dǎo)出后進入發(fā)動機，發(fā)動機的排氣進入催化反應(yīng)器，被催化凈化后，進入到調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)節(jié)閥的排氣被分成兩部分，一部分排氣進入到溫差發(fā)電器中的熱流體側(cè)換熱器，此部分排氣將溫差發(fā)電器另一側(cè)的液化天然氣汽化，同時作為溫差發(fā)電器的高溫?zé)嵩?，降溫后的排氣和另一部分沒有降溫的排氣匯合后排到外界環(huán)境，排氣的熱量通過溫差發(fā)電器時被轉(zhuǎn)化為電能輸出，同時利用了液化天然氣的冷卻能力，也即回收了液化天然氣的冷能5。 參考文獻： 1 liang guangchuan，pu he，li jun，et al. air separation processby usage of lng cold energy and its

10、performance j. naturalgas and oil，2013，31（3）：28-30. 2 李強，余繼文，趙玉清，等.汽車尾氣排放數(shù)據(jù)檢測與分析j.長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2012，33（2）：218-222. 3 lin wensheng， gu anzhong， lu xuesheng， et al. thermodynamic analysis of lng cold energy utilized by air separation unitsj. cryogenic technology， 2003，（3）：26-30. 4 zhang lixi，tang qiong. comparisons of different powergeneration processes by lng cold energyz. american： elsevier b.v. selection and/or peer review under responsibility of american applied scienc