Technologia termoelektryczna do pozyskiwania energii z silników spalinowych

Tło:
w samochodzie, tylko ¹ / ₃ potencjalnej energii w paliwie jest konwertowana na energię mechaniczną, a znaczna część energii jest tracona w postaci ciepła.

Wcześniej podejmowano próby odzyskania utraconej energii. Na początku lat 90. firma Porsche opracowała motoryzacyjne generatory termoelektryczne (ATEG), które nie przeszły etapu prototypowania. Obecnie Porsche Motorsports testuje system pozyskiwania energii cieplnej w samochodzie wyścigowym serii LeMans.

Oprócz badań Porsche, GM współpracuje z Future Tech, LLC. zbadanie idei wykorzystania technologii elektroelektrycznej do pozyskiwania energii z silników spalinowych. Inni producenci motoryzacyjni, tacy jak BMW, również badają tę technologię.

Obecnie zużycie energii w

• Mały samochód ma około 150 W.
• Ciężarówka pełnowymiarowa ma około 500 W.

Jeśli tę technologię można z powodzeniem wdrożyć, wówczas takie elementy, jak chłodnica, pompa wody i alternator mogą skutecznie zmniejszyć obciążenie pracą lub usunąć je z układu, zmniejszając w ten sposób obciążenie silnika spalinowego.

Pytanie: Czy
wraz ze wzrostem zainteresowania zieloną technologią istnieją bariery technologiczne obok wydajności , które uniemożliwiają wdrożenie pozyskiwania energii z silników spalinowych z wykorzystaniem technologii termoelektrycznej?

Bibliografia:

• Które należy zastosować dopasowane napięcie wyjściowe lub napięcie obwodu otwartego?
• Korzyści technologii termoelektrycznej dla samochodów
• Obietnica i problemy generatorów termoelektrycznych
• Modelowanie samochodowego generatora termoelektrycznego (ATEG)
• Termoelektryka zastępująca alternatory samochodowe i poprawiająca MPG
• Generator termoelektryczny w turbodoładowanym silniku wysokoprężnym
• Naukowcy z Kettering University współpracują z General Dynamics, aby przekształcić niewykorzystaną energię cieplną swoich układów napędowych w użyteczną i czystą energię
• Porsche 919 Hybrid LeMans Racer idzie po dwóch trzecich energii benzyny zmarnowanej na ciepło
• Niemcy próbują zastąpić alternator generatorami termoelektrycznymi lub TEG
• Prototyp Porsche 919 Hybrid LMP1 Le Mans ...

Notatka

Zasugerował duplikat jest związane, ale nadal wyraźnie różne. Rząd wielkości energii dostępnej do odzyskania z silnika spalinowego jest znacznie większy niż w przypadku karty graficznej. Jako takie korzyści skali są różne i dlatego możliwe są różne rozwiązania.

Podobnie jak w przypadku każdej nowej technologii, głównym czynnikiem są tutaj koszty. Ponadto urządzenia te wytwarzają energię elektryczną, która jest formą energii, którą typowy samochód spalinowy może wykorzystać tylko do wyposażenia dodatkowego. Poprawiłoby to efektywność zużycia paliwa, ale zysk byłby stosunkowo niewielki.

Inżynierowie generalnie niechętnie korzystają z drogich nowych technologii, które są stosunkowo niesprawdzone, gdy istniejące metody są wystarczające do osiągnięcia celu. W takim przypadku większość producentów samochodów dąży do stworzenia konkurencyjnego pod względem kosztów produktu. Osoby najbardziej zainteresowane oszczędnością paliwa będą rozważać pojazd hybrydowy (lub całkowicie elektryczny) zamiast pojazdu napędzanego standardowym silnikiem spalinowym. Większość innych konsumentów wolałaby kupować tańszy pojazd niż taki, który mógłby nieznacznie zwiększyć oszczędność paliwa.

Istnieją dobre powody, dla których chociaż większość linków pochodzi sprzed kilku lat, niewiele z nich pochodzi. Ekonomia i inżynieria po prostu nie są korzystne. Częścią sztuki silnika jest wyrzucanie ciepła tak szybko, jak to możliwe; ponadto ciepło jest formą energii niskiej jakości, więc gdy twoja energia staje się ciepłem, już straciłeś wszystkie swoje najlepsze możliwości, aby wykonać z nią więcej pracy. Spójrzmy na te dwie rzeczy szczegółowo.

szybkie pozbycie się ciepła to nazwa tej gry

Spaliny są zaprojektowane tak, aby odprowadzały ciepło i produkty spalania z silnika. Grzejnik wykonuje podobną pracę polegającą na usuwaniu i rozpraszaniu ciepła.

Szybkie oddawanie ciepła ma kluczowe znaczenie w silniku cieplnym, ponieważ wydajność zależy od temperatury zimnego zbiornika i delty do wyższej temperatury.

Wszystko, co włożysz w to, na przykład, proponowane urządzenie do pozyskiwania energii, spowolni tempo, z którego ciepło opuszcza silnik. To nie tylko zmniejsza wydajność (wydaje się dziwne, że wykluczyłeś efektywność jako kwestię: po co w ogóle patrzeć na pozyskiwanie energii?) Podniesie również temperaturę równowagi części roboczych samochodu, skracając jego żywotność.

Jeśli paliwo jest tak cenne, że pozyskiwanie energii wygląda atrakcyjnie, warto przede wszystkim sprawić, by samochód był bardziej wydajny, tak aby było mniej ciepła odpadowego: po pierwsze, zmniejsz zużycie energii o wysokiej wartości, przed próbą recyklingu niskiej wartości energia. I to prowadzi mnie do ...

energia kontra egzergia

Ciepło jest, w dużej części przypadków, produktem odpadowym. To prawie zawsze najmniej użyteczna forma energii. To właśnie mówi limit wydajności Carnota: że aby uzyskać pracę przy niskiej temperaturze, można to zrobić tylko przy bardzo niskiej wydajności; to znaczy prawie całe ciepło pozostanie jako ciepło.

Podczas wykonywania inżynierii za pomocą ciepła i innych form energii bardzo przydatne jest zbudowanie intuicji, aby odróżnić energię (rzecz mierzoną w dżulach) od egzergii (rzecz, która wykonuje pracę). Forma, w jakiej znajduje się energia, określa, ile pracy może ona wykonać. Energia chemiczna, taka jak w paliwie, może wydajnie wykonywać ogromne ilości pracy - ma bardzo wysoką egzergię. Ale tyle samo energii co ciepło może wykonać znacznie mniej pracy - ma bardzo niską egzergię. Silniki spalinowe są tak mało wydajne, ponieważ przyjmują wysokiej jakości energię (chemiczną) i natychmiast przekształcają się w niskiej jakości (ciepło).

Skromny alternator jest bardzo dobry w swojej pracy. Półprzewodnikowe generatory termoelektryczne po prostu nie zbliżają się, nie pod względem kosztów, ani wydajności. Wykorzystanie względnego obrotu przewodnika i magnesu jest bardzo skutecznym sposobem przekształcania ciepła w elektryczność: dlatego jest stosowany w elektrowniach, samochodach, rowerach i wielu innych zastosowaniach.

Więc chociaż pozyskiwanie energii wygląda sprytnie, jest to zła inżynieria: próbuje naprawić jeden objaw, a nie zająć się przyczyną.

Jeśli chcesz więcej pracy z tymi dżulami, wykonaj tę pracę, zanim te dżule staną się ciepłem.

Zastosowanie dowolnego pomysłu / technologii zależy od opłacalności. Wydajność to tylko jedna część analizy. Gdyby moduły były bezpłatne i nigdy nie poszły źle, z pewnością byłyby w użyciu. Jednak moduły wysokotemperaturowe są drogie ze względu na wytwarzaną moc; czyniąc je obecnie nieopłacalnymi.

EnergyNumbers dobrze objaśnia termodynamikę. Z powodu Carnota nie możesz w ten sposób zebrać znacznej ilości mocy. Z tego powodu pieniądze na moduły Peltiera są lepiej wydawane na zwiększenie wydajności / wydajności silnika. Jednak ciepło odpadowe o wysokiej temperaturze będzie obecne niezależnie od tego, a kiedy termoelektryczny stanie się opłacalny, zobaczysz go w użyciu.

Pomimo tego, co ludzie mogą reklamować, żaden pomysł / technologia nie jest „ekologiczna”, dopóki nie będzie w stanie udźwignąć własnej wagi w analizie kosztów i korzyści. Musisz spojrzeć na cały obraz; ile dolarów i surowców zużyło, aby zapewnić tę „zieloną” energię.

Jeśli chcesz sam to odkryć, oto kilka modułów wysokotemperaturowych, które możesz wycenić i ocenić. Pamiętaj, że wymienione waty to moc pobierana, a nie moc generowana. tetech.com