Термоэлектрическая технология для получения энергии от двигателей внутреннего сгорания

Предпосылки:
В автомобиле, только ¹ / ₃ потенциальной энергии топлива преобразуется в механическую энергию и значительную часть энергии теряется в виде тепла.

Были предыдущие попытки восстановить эту потерянную энергию. В начале 1990-х Porsche разработала автомобильные термоэлектрические генераторы (ATEG), которые не прошли стадию прототипирования. В настоящее время Porsche Motorsports проводит испытания системы сбора тепловой энергии на гоночном автомобиле серии LeMans.

В дополнение к исследованиям Porsche, GM сотрудничает с Future Tech, LLC. изучить идею использования термоэлектрических технологий для сбора энергии от двигателей внутреннего сгорания. Другие автомобильные производители, такие как BMW, также изучают эту технологию.

В настоящее время энергопотребление в

• Маленькая машина примерно 150 Вт
• Полноразмерный грузовик примерно 500 Вт

Если эта технология может быть успешно реализована, то такие компоненты, как радиатор, водяной насос и генератор переменного тока, могли бы эффективно снизить рабочую нагрузку или удалить ее из системы, тем самым уменьшив нагрузку на двигатель внутреннего сгорания.

Вопрос:
Учитывая растущий интерес к экологичным технологиям, существуют ли технологические барьеры, помимо эффективности , которые препятствуют внедрению сбора энергии от двигателей внутреннего сгорания с использованием термоэлектрической технологии?

Ссылки:

• Какой из них должен использоваться согласованное выходное напряжение или напряжение разомкнутой цепи?
• Преимущества термоэлектрической технологии для автомобиля
• Перспективы и проблемы термоэлектрических генераторов
• Моделирование автомобильного термоэлектрического генератора (ATEG)
• Термоэлектрика заменит автомобильные генераторы и улучшит MPG
• Термоэлектрический генератор с дизельным двигателем с турбонаддувом
• Исследователи из Университета Кеттеринга работают с General Dynamics, чтобы преобразовать неиспользованную тепловую энергию их движителей в полезную и чистую энергию.
• Porsche 919 Hybrid LeMans Racer идет вслед за двумя третями энергии бензина, которая теряется в виде тепла
• Немцы пытаются заменить генератор на термоэлектрические генераторы или ТЭГ
• Porsche 919 Hybrid LMP1 прототип Ле-Мана ...

сноска

Предложил дубликат связан, но все - таки заметно отличается. Порядок величины энергии, доступной для восстановления от двигателя внутреннего сгорания, значительно больше, чем в графическом процессоре видеокарты. Таким образом, эффект масштаба отличается, и поэтому возможны разные решения.

Как и в случае с любой новой технологией, здесь важна стоимость. Кроме того, эти устройства вырабатывают электричество, которое является формой энергии, которую типичный автомобиль внутреннего сгорания может использовать только для вспомогательного оборудования. Это эффективно повысит эффективность использования топлива, но выигрыш будет относительно небольшим.

Инженеры, как правило, неохотно используют дорогие новые технологии, которые сравнительно не проверены, когда существующих методов достаточно для достижения цели. В этом случае большинство производителей автомобилей стремятся производить конкурентоспособный по цене продукт. Люди, которые больше всего заинтересованы в эффективности использования топлива, склонны рассматривать гибридное (или полностью электрическое) транспортное средство вместо одного, приводимого в движение стандартным двигателем внутреннего сгорания. Большинство других потребителей предпочли бы приобрести менее дорогой автомобиль, чем тот, который мог бы немного повысить их топливную эффективность.

Существуют веские причины, по которым, хотя большинство ваших ссылок относятся к нескольким годам назад, мало что из них получилось. Экономика и инженерия просто не благоприятны. Частью искусства двигателя является отвод тепла как можно быстрее; кроме того, тепло является некачественной формой энергии, поэтому, когда ваша энергия становится теплом, вы уже потеряли все свои лучшие возможности, чтобы с ней больше работать. Давайте посмотрим на эти две вещи подробно.

быстрое избавление от жары - вот название игры

Выхлоп предназначен для отвода тепла и продуктов сгорания от двигателя. Радиатор выполняет аналогичную работу по удалению и рассеиванию тепла.

Быстрый отвод тепла имеет решающее значение в тепловом двигателе, поскольку эффективность зависит от температуры холодного резервуара и дельты до более высокой температуры.

Таким образом, все, что вы мешаете, например, предлагаемое вами устройство для сбора энергии, замедляет скорость, с которой тепло покидает двигатель. Это не только снижает эффективность (кажется странным то, что вы исключили эффективность в качестве соображения: зачем еще вы смотрите на сбор энергии в любом случае?) Это также повысит равновесную температуру рабочих частей автомобиля, сократив его срок службы.

Если топливо настолько ценно, что сбор энергии выглядит привлекательно, то в первую очередь стоит сделать автомобиль более эффективным, чтобы было меньше отработанного тепла: во-первых, уменьшите потребление высокоценной энергии, прежде чем пытаться утилизировать малоценную энергия. И это подводит меня к ...

энергия против эксергии

Тепло в большинстве случаев является ненужным продуктом. Это почти всегда наименее полезная форма энергии. Это действительно то, что говорит вам предел эффективности Carnot: чтобы получить любую работу от низкой температуры, вы можете сделать это только с очень низкой эффективностью; почти все тепло останется в виде тепла.

Работая с теплом и другими видами энергии, очень полезно создать интуицию, чтобы различать энергию (измеряемую в джоулях) и эксергию (то, что выполняет работу). Форма, в которой находится энергия, определяет, сколько работы она может выполнить. Химическая энергия, такая как в топливе, может эффективно выполнять огромное количество работы - у нее очень высокая эксергия. Но то же количество энергии, что и тепло, может выполнять гораздо меньше работы - у него очень низкая эксергия. Двигатели внутреннего сгорания настолько неэффективны, потому что они принимают высококачественную форму энергии (химическая) и немедленно превращаются в низкокачественную (тепловую).

Скромный генератор очень хорош в своей работе. Твердотельные термоэлектрические генераторы просто не подходят, ни по стоимости, ни по производительности. Использование относительного вращения проводника и магнита является очень эффективным средством превращения тепла в электричество: именно поэтому оно используется на электростанциях, автомобилях, велосипедных динамо-машинах и во многих других целях.

Таким образом, хотя сбор энергии выглядит умным, это плохая инженерия: она пытается исправить один симптом, а не устранить первопричину.

Если вы хотите больше работать из этих джоулей, то сделайте эту работу до того, как эти джоули будут в форме тепла.

Использование любой идеи / технологии зависит от ее экономической эффективности. Эффективность - это только одна часть анализа. Если бы модули были бесплатными и никогда не выходили из строя, они наверняка были бы в использовании. Тем не менее, высокотемпературные модули являются дорогостоящими для их производства электроэнергии; сделать их в настоящее время не рентабельными.

EnergyNumbers делает хорошую работу по объяснению термодинамики. Из-за Карно вы не можете собрать значительное количество энергии таким способом. Именно поэтому деньги на модули Пельтье лучше тратить на повышение эффективности и производительности двигателя. Однако высокотемпературное отработанное тепло будет присутствовать независимо, и когда термоэлектрика станет экономически эффективной, вы увидите, что она используется.

Несмотря на то, что люди могут рекламировать, никакие идеи / технологии не являются «зелеными», пока они не смогут найти свой вес в анализе затрат и выгод. Вы должны посмотреть на всю картину; сколько долларов и сырья он потратил, чтобы обеспечить эту «зеленую» энергию.

Если вы хотите открыть это для себя, вот несколько высокотемпературных модулей, которые вы можете оценить и оценить. Помните, что указанная мощность - это потребляемая мощность, а не генерируемая мощность. tetech.com