一种汽车发动机尾气余热回收高效发电系统技术方案

本发明专利技术涉及一种汽车发动机尾气余热回收高效发电系统，包括高温换热器、尾气换热器、压缩机和膨胀机；发动机尾气排气管连接高温换热器、尾气换热器的壳程后排空，尾气换热器的管程进口与闪蒸罐连接，尾气换热器的管程出口与压缩机连接，压缩机通过高压缓冲罐连接升压床进口，升压床出口连接分离罐Ⅰ，分离罐Ⅰ一路连接膨胀机，一路连接闪蒸罐；膨胀机通过低压氢气缓冲罐连接升压床的进口。升压床出口连接分离罐Ⅱ，分离罐Ⅱ一路连接低压氢气缓冲罐，一路连接尾气换热器。闪蒸罐的液相出口一路连接升压床进口，一路连接尾气换热器。本发明专利技术通过氢燃料发动机与升压床结合，充分利用发动机尾气余热发电，为汽车提供动力，提高发动机的热效率。

An efficient power generation system for exhaust heat recovery of automobile engines

The invention relates to an efficient power generation system for waste heat recovery of automotive engine exhaust, which comprises a high temperature heat exchanger, a tail gas heat exchanger, a compressor and an expander; a tail gas exhaust pipe is connected with a high temperature heat exchanger and a tail gas heat exchanger and is exhausted after the shell side is emptied; the inlet of the tail gas heat exchanger is connected with a flash tank; and a tail gas heat exchanger tube is connected with a tail The process outlet is connected with the compressor, the compressor is connected to the inlet of the boost bed through the high pressure buffer tank, the outlet of the boost bed is connected to the separating tank I, the separating tank I is connected to the expander all the way, and the flash tank all the way; the expander is connected to the inlet of the boost bed through the low pressure hydrogen buffer tank. Separation tank II is connected at the outlet of the boost bed, and the separation tank II is connected with a low pressure hydrogen buffer tank and a tail gas heat exchanger. The liquid outlet of the flash tank is connected with the inlet of the booster bed all the way, and connects with the exhaust heat exchanger all the way. The invention combines a hydrogen fuel engine with a boost bed, makes full use of the waste heat generated by the exhaust gas of the engine to generate electricity, provides power for the automobile and improves the thermal efficiency of the engine.

【技术实现步骤摘要】
一种汽车发动机尾气余热回收高效发电系统
本专利技术属于余热回收
，涉及一种节能环保的汽车发动机尾气余热回收高效发电系统。
技术介绍
工业革命以来，世界各国尤其是西方国家经济的飞速发展是以大量消耗能源资源为代价的，并且造成了生态环境的日益恶化。有关研究表明，过去50年全球平均气温上升的原因，90%以上与人类使用石油等燃料产生的温室气体增加有关，由此引发了一系列生态危机。节约能源资源，保护生态环境，已成为世界人民的广泛共识。进一步加强节能减排工作，既是对人类社会发展规律认识的不断深化，也是积极应对全球气候变化的迫切需要。近年来，我国的资源环境问题日益突出，节能减排形势十分严峻。我国的石油、天然气人均占有储量只有世界平均水平的11%和4.5%，我国能源利用效率比国际先进水平低10个百分点左右，单位GDP能耗是世界平均水平的3倍左右。由于我国已经进入工业化和城镇化加速期，重化工业较快增长还会持续一段较长时间，这一过程中能源资源消耗和污染排放与经济增长一般呈现正向关联。因此，在资源稀缺与环境承载能力有限的情况下，传统的高投入、高消耗、高排放、低效率的增长方式已经走到了尽头。不加快转变经济发展方式，资源难以支撑，环境难以容纳，社会难以承受，科学发展难以实现。因此，为了我们的国家，为了我们了社会，为了更好的生存我们必须贯彻实施节能减排。汽车节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针。我国高速公路网形成，乡村公路，公路客货运输量和汽车保有量均迅速不断地增长，因此，我国汽车运输需求的能源数量将不断激增，而我国的石油资源远远不能满足其需要。我国汽车技术的平均水平低于世界发达国家，机动车燃油经济性水平比欧洲低25%，比日本低20%，比美国整体水平低10%，载货汽车百吨公里油耗7.6升，比国外先进水平高1倍以上，提高汽车的热工转化效率、燃油经济性是节能减排的研究方向。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种汽车发动机尾气余热回收高效发电系统，充分利用发动机尾气余热发电为汽车提供动力，提高了发动机的热效率和燃油经济性。本专利技术的技术方案是：汽车发动机尾气余热回收高效发电系统，包括尾气换热器、压缩机、高压缓冲罐、分离罐Ⅰ、膨胀机、发电机、分离罐Ⅱ、氢气循环泵、有机工质循环泵、闪蒸罐、低压氢气缓冲罐、升压床、蓄电池和高温换热器。升压床设置至少三台交替工作的氢反应床，各氢反应床均为空腔结构的罐体，各氢反应床设置高压进口、高压出口、低压进口和低压出口。分离罐Ⅰ的出口设有高压氢气过滤膜，分离罐Ⅱ的出口设有低压氢气过滤膜。高温换热器的壳程进口与发动机尾气排气管连接，高温换热器的壳程出口与尾气换热器的壳程进口连接，尾气换热器的壳程出口排空。尾气换热器的管程进口与闪蒸罐的出口连接，尾气换热器的管程出口与压缩机的进口连接。压缩机的出口与高压缓冲罐的进口连接，高压缓冲罐的出口通过阀门连接到升压床中各氢反应床的高压进口，升压床中各氢反应床的高压出口通过阀门连接分离罐Ⅰ，分离罐Ⅰ设有二路出口管，一路通过高压氢气过滤膜、高温换热器的管程连接到膨胀机的进口，一路连接到闪蒸罐的进口。膨胀机的出口与低压氢气缓冲罐的进口连接，低压氢气缓冲罐的出口通过阀门连接到升压床中各氢反应床的低压进口。升压床中各氢反应床的低压出口通过阀门连接到分离罐Ⅱ，分离罐Ⅱ设有二路出口管，一路通过低压氢气过滤膜、氢气循环泵连接到低压氢气缓冲罐的进口，一路连接到尾气换热器的管程进口。闪蒸罐的下部液相出口分为两路，一路通过有机工质循环泵连接到升压床中氢反应床的低压进口，一路连接到尾气换热器的管程进口。压缩机电路连接蓄电池，膨胀机连接发电机，发电机与蓄电池或与外部电力系统电路连接。汽车发动机尾气余热回收高效发电系统不设置分离罐Ⅰ，升压床中氢反应床增设液相出口，液相出口连接闪蒸罐的进口，升压床中氢反应床的高压出口设置高压氢气过滤膜经高压氢气过滤膜分离出来的氢气，不再需要分离罐Ⅰ的分离，直接进入膨胀机膨胀做功；在保证分离效果的情况下，可以采用其他分离方式代替分离罐Ⅱ。所述系统的工作介质为有机工质和/或氢气，所述的有机工质中可以掺混一定比例的氢气作为换热介质，当掺混一定比例的氢气的有机工质加热金属氢化物放氢时，放出的氢气和有机工质中掺混的氢气混合进入高温换热器再热，然后进入膨胀机做功，从而提高膨胀机的做功能力；掺混的氢气可以用小分子的气体或性质稳定的气体所代替，以上气体与有机工质分离后汇同氢反应床产生的高压氢气，进入膨胀机做功，掺混氢气的比例可以在0-100%之间调整；对于给定余热量的汽车发动机尾气的热量，在高温换热器和尾气换热器之间的比例分配在0-100%之间调整；掺混氢气的比例分配与热量在高温换热器和尾气换热器之间的比例分配，是以膨胀机做功与压缩机消耗功的差值最大、并且在合理范围内反应床体积重量较小以及系统的体积重量为最小为依据。或者另一种一种汽车发动机尾气余热回收高效发电系统，包括尾气换热器、压缩机、高压缓冲罐、膨胀机、发电机、低压氢气缓冲罐、升压床、蓄电池、级间换热器和高温换热器；升压床设置至少三台交替工作的氢反应床，各氢反应床均为中空腔体结构，各氢反应床设置高压进口、高压出口、低压进口和低压出口；高温换热器的壳程进口与发动机尾气排气管连接，高温换热器的壳程出口与尾气换热器的壳程进口连接，尾气换热器的壳程出口排空，尾气换热器的管程进口通过阀门与升压床中各氢反应床的低压出口连通，尾气换热器的管程出口与压缩机的进口连接，压缩机的出口与高压缓冲罐的进口连接，高压缓冲罐的出口通过阀门连接到升压床中各氢反应床的高压进口，各氢反应床的高压出口连接高温换热器的管程进口，高温换热器的管程出口连接到膨胀机的进口；膨胀机的出口与低压氢气缓冲罐的进口连接，低压氢气缓冲罐的出口通过阀门连接到升压床中各氢反应床的低压进口。升压床中各氢反应床的低压出口通过阀门连接尾气换热器的管程进口；压缩机与蓄电池电路连接，膨胀机连接发电机，发电机与蓄电池或与外部电力系统电路连接。所述系统的工作介质为氢气，升压床放氢、吸氢时的换热用氢气；对于给定余热量的汽车发动机尾气的热量，在高温换热器和尾气换热器之间的比例分配，是以膨胀机做功与压缩机消耗功的差值最大、并且在合理范围内反应床体积重量较小以及系统的体积重量为最小为依据；该比例可以在0-100%之间调整。上述两种方案中：所述升压床中氢反应床的高压进口和低压进口合并为单一的进口，高压出口和低压出口合并为单一的出口。汽车发动机尾气余热回收高效发电系统还包括级间换热器，压缩机的中间抽头出口与级间换热器的壳程进口连接，级间换热器的壳程出口与压缩机的中间进口连接；膨胀机的中间抽头出口与级间换热器的管程进口连接，级间换热器的管程出口与膨胀机的中间进口连接。升压床是在低温下吸收低压氢气并在高温下放出高压氢气的氢气热压缩设备。根据氢反应床的工作参数如吸氢温度、吸氢压力、放氢温度、放氢压力，升压床分为三台氢反应床或多台氢反应床。升压床放氢、吸氢时可以直接换热也可以间接换热。升压床为三台一组或为多台一组，或升压床为一组或为多组对余热进行梯级利用。升压床的型式、结构以及金属储氢材料的种类和载量相同或不同，升压床内的各个氢反应床的型式、结构以及金属储氢材料的种类和载量相同或不同，升压床中1号氢反应床、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种汽车发动机尾气余热回收高效发电系统，其特征是：包括尾气换热器（1）、压缩机（2）、高压缓冲罐（3）、分离罐Ⅰ（4）、膨胀机（5）、发电机（6）、分离罐Ⅱ（7）、氢气循环泵（8）、有机工质循环泵（9）、闪蒸罐（10）、低压氢气缓冲罐（11）、升压床（12）、蓄电池（13）和高温换热器（17）；升压床（12）设置至少三台交替工作的氢反应床，各氢反应床均为空腔结构的罐体，各氢反应床设置高压进口（121）、高压出口（123）、低压进口（122）和低压出口（124）；分离罐Ⅰ（4）的出口设有高压氢气过滤膜（15），分离罐Ⅱ（7）的出口设有低压氢气过滤膜（14）；高温换热器（17）的壳程进口与发动机尾气排气管连接，高温换热器（17）的壳程出口与尾气换热器（1）的壳程进口连接，尾气换热器的壳程出口排空，尾气换热器的管程进口与闪蒸罐（10）的出口连接，尾气换热器的管程出口与压缩机（2）的进口连接；压缩机（2）的出口与高压缓冲罐（3）的进口连接，高压缓冲罐（3）的出口通过阀门连接到升压床（12）中各氢反应床的高压进口（121），升压床中各氢反应床的高压出口（123）通过阀门连接分离罐Ⅰ（4），分离罐Ⅰ（4）设有二路出口管，一路通过高压氢气过滤膜（15）、高温换热器（17）的管程连接到膨胀机（5）的进口，一路连接到闪蒸罐（10）的进口；膨胀机（5）的出口与低压氢气缓冲罐（11）的进口连接，低压氢气缓冲罐（11）的出口通过阀门连接到升压床（12）中各氢反应床的低压进口（122），升压床（12）中各氢反应床的低压出口（124）通过阀门连接到分离罐Ⅱ（7），分离罐Ⅱ（7）设有二路出口管，一路通过低压氢气过滤膜（14）、氢气循环泵（8）连接到低压氢气缓冲罐的进口，一路连接到尾气换热器的管程进口；闪蒸罐（10）的液相出口分为两路，一路通过有机工质循环泵（9）连接到升压床（12）中氢反应床的低压进口（122），一路连接到尾气换热器的管程进口；压缩机（2）电路连接蓄电池（13），膨胀机（5）连接发电机（6），发电机（6）与蓄电池（13）或与外部电力系统电路连接。...

【技术特征摘要】
1.一种汽车发动机尾气余热回收高效发电系统，其特征是：包括尾气换热器（1）、压缩机（2）、高压缓冲罐（3）、分离罐Ⅰ（4）、膨胀机（5）、发电机（6）、分离罐Ⅱ（7）、氢气循环泵（8）、有机工质循环泵（9）、闪蒸罐（10）、低压氢气缓冲罐（11）、升压床（12）、蓄电池（13）和高温换热器（17）；升压床（12）设置至少三台交替工作的氢反应床，各氢反应床均为空腔结构的罐体，各氢反应床设置高压进口（121）、高压出口（123）、低压进口（122）和低压出口（124）；分离罐Ⅰ（4）的出口设有高压氢气过滤膜（15），分离罐Ⅱ（7）的出口设有低压氢气过滤膜（14）；高温换热器（17）的壳程进口与发动机尾气排气管连接，高温换热器（17）的壳程出口与尾气换热器（1）的壳程进口连接，尾气换热器的壳程出口排空，尾气换热器的管程进口与闪蒸罐（10）的出口连接，尾气换热器的管程出口与压缩机（2）的进口连接；压缩机（2）的出口与高压缓冲罐（3）的进口连接，高压缓冲罐（3）的出口通过阀门连接到升压床（12）中各氢反应床的高压进口（121），升压床中各氢反应床的高压出口（123）通过阀门连接分离罐Ⅰ（4），分离罐Ⅰ（4）设有二路出口管，一路通过高压氢气过滤膜（15）、高温换热器（17）的管程连接到膨胀机（5）的进口，一路连接到闪蒸罐（10）的进口；膨胀机（5）的出口与低压氢气缓冲罐（11）的进口连接，低压氢气缓冲罐（11）的出口通过阀门连接到升压床（12）中各氢反应床的低压进口（122），升压床（12）中各氢反应床的低压出口（124）通过阀门连接到分离罐Ⅱ（7），分离罐Ⅱ（7）设有二路出口管，一路通过低压氢气过滤膜（14）、氢气循环泵（8）连接到低压氢气缓冲罐的进口，一路连接到尾气换热器的管程进口；闪蒸罐（10）的液相出口分为两路，一路通过有机工质循环泵（9）连接到升压床（12）中氢反应床的低压进口（122），一路连接到尾气换热器的管程进口；压缩机（2）电路连接蓄电池（13），膨胀机（5）连接发电机（6），发电机（6）与蓄电池（13）或与外部电力系统电路连接。2.根据权利要求1所述的汽车发动机尾气余热回收高效发电系统，其特征是：汽车发动机尾气余热回收高效发电系统不设置分离罐Ⅰ（4），升压床（12）中氢反应床增设液相出口，液相出口连接闪蒸罐（10）的进口，升压床（12）中氢反应床的高压出口设置高压氢气过滤膜，经高压氢气过滤膜分离出来的氢气，不再需要分离罐Ⅰ（4）的分离，直接进入膨胀机（5）膨胀做功；在保证分离效果的情况下，可以采用其他分离方式代替分离罐Ⅱ（7）。3.根据权利要求1所述的汽车发动机尾气余热回收高效发电系统，其特征是：所述系统的工作介质为有机工质和/或氢气，所述的有机工质中可以掺混一定比例的氢气作为换热介质，当掺混一定比例的氢气的有机工质加热金属氢化物放氢时，放出的氢气和有机工质中掺混的氢气混合进入高温换热器（17）再热，然后进入膨胀机（5）做功，从而提高膨胀机的做功能力；掺混的氢气可以用小分子的气体或性质稳定的气体所代替，以上气体与有机工质分离后汇同氢反应床产生的高压氢气，进入膨胀机做功，掺混氢气的比例可以在0-100%之间调整；对于给定余热量的汽车发动机尾气的热量，在高温换热器和尾气换热器之间的比例分配在0-100%之间调整；掺混氢气的比例分配与热量在高温换热器和尾气换热器之间的比例分配，是以膨胀机做功与压缩机消耗功的差值最大、并且在合理范围内反应床体积重量较小以及系统的体积重量为最小为依据。4.一种汽车发动机尾气余热回收高效发电系统，其特征是：包括尾气换热器（1）、压缩机（2）、高压缓冲罐（3）、膨胀机（5）、发电机（6）、低压氢气缓冲罐（11）、升压床（12）、蓄电池（13）、级间换热器（16）和高温换热器（17）；升压床（12）设置至少三台交替工作的氢反应床，各氢反...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾鹏，
申请(专利权)人：上海柯来浦能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31