[发明专利]一种特种车辆发动机排气发电系统及发电方法

说明书

一种特种车辆发动机排气发电系统，其特征在于，所述发电系统包括：压气机、换热器和发电机；所述压气机、换热器和发电机依次通过连接管连接形成布雷顿循环；所述压气机用于：对空气进行压缩并驱动空气单向流动；所述换热器用于：基于吸收的发动机排气的热能提高所述经过压气机压缩的压缩空气的温度和流速得到高温高速压缩空气；所述发电机用于，基于高温高速压缩空气带动所述发电机对外做功进行发电。本发明结构简单，体积小，提高发动机的燃料能量利用率，解决了发动机的燃料能量利用率低，发电系统占用空间大的问题。

技术领域

本发明涉及发动机热效率领域，具体涉及一种特种车辆发动机排气发电系统及发电方法。

背景技术

特种车辆的动力及电力能源都来自发动机，目前，发动机转变为有效功的热当量占燃料燃烧发热量(输入热量)的30％～40％，排气带走的热量也要占30％～40％，如何实现对高温尾气余热的利用以提高发动机的热效率，一直是各国都在努力研究的一个课题，特别是对于混合动力车辆，对于该方面的研究需求尤为迫切。

目前对于发动机的余热发电技术的研究，主要集中在应用热电材料进行发电外和传统的内能—动能—电能的热电转换模式等方面。利用有机朗肯循环进行发动机排气余热发电的技术存在一系列缺陷，直接制约了在车辆上的应用，主要表现在：系统中压缩机、冷凝器均需要耗费大量的能直接影响了能量回收效率，系统部件多占用的空间大，工质侧是封闭式循环工作压力高、对流动阻力匹配的要求苛刻等方面。

发明内容

一种特种车辆发动机排气发电系统，所述发电系统包括：压气机、换热器和发电机；所述压气机、换热器和发电机依次通过连接管连接形成布雷顿循环；

所述压气机用于：对空气进行压缩并驱动空气单向流动；

所述换热器用于：基于吸收的发动机排气的热能提高所述经过压气机压缩的压缩空气的温度和流速得到高温高速压缩空气；

所述发电机用于，基于高温高速压缩空气带动所述发电机对外做功进行发电。

优选的，所述换热器采用板翅式换热器。

优选的，所述发电机，包括：

涡轮发电机或气轮发电机。

一种特种车辆发动机排气发电方法，所述方法包括：

基于布雷顿循环，压气机消耗外界的输入功压缩空气并驱动空气单向流动至换热器；

当压缩的空气流经换热器时，所述换热器将所述发动机排气热能传递给压缩的空气，并将所述压缩的空气流至所述发电机；

当吸收热能的压缩空气流经发电机时，驱动涡轮或气轮旋转，带动发电机对外做功进而实现发电；

优选的，所述带动发电机对外做功，包括：

根据所述发电机对外做功与外界的输入功，确定所述空气发电量。

优选的，所述根据发电机对外做功与外界的输入功，确定所述空气发电量，包括：

计算所述发电机对外做功与外界的输入功的差值；

当所述差值大于0时，所述空气发电量为所述发电机对外做功与外界的输入功的差值；

否则，空气发电量为零。

优选的，所述外界的输入功，按下式计算：

W_c＝C_p(T₂-T₁)

式中，W_c：外界的输入功；C_P为气体比热，T₁为未压缩空气的温度，T₂为压缩后空气的温度。