Technologia termoelektryczna do pozyskiwania energii z silników spalinowych

11

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.

wprowadź opis zdjęcia tutaj

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:


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.

Mahendra Gunawardena
źródło
To tylko dzikie przypuszczenie, ale myślę, że zbieranie energii w rzeczywistości zwiększa odporność silnika na temperaturę otoczenia, zwiększając w ten sposób temperaturę silnika. Nie jestem pewien części „zmniejsz lub usuń grzejniki”, czy gdzieś ją przeczytałeś, czy tylko zgadłeś? Czuję, że jest dokładnie odwrotnie.
Vladimir Cravero
@Trilarion Jeśli masz jakieś sugerowane przeszkody, mogę zaktualizować pytanie o te konkretne przeszkody, aby pomóc zawęzić zakres. Doceń swój komentarz
Mahendra Gunawardena
@MahendraGunawardena Dzięki za miłą odpowiedź. Sugerowałbym zadawanie nowych pytań dla każdej przeszkody, ponieważ są one bardziej wyspecjalizowane w ten sposób. Ale wiem tylko, że kolega pracuje nad tym w dużej firmie samochodowej. Być może będę musiał zapytać go, jakie są problemy. Myślę, że niska wydajność konwersji termoelektrycznej jest ogólnie przeszkodą.
Trilarion
wydaje się dziwne, że wykluczyłeś wydajność jako czynnik: po co w ogóle patrzyłbyś na pozyskiwanie energii?
410 odszedł

Odpowiedzi:

7

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.

Olek Wojnar
źródło
13

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.

410 nie ma
źródło
Od dawna zastanawiałem się: kiedy typowy samochód porusza się z prędkością przelotową, ile energii zużywa się na pompowanie próżni za przepustnicą? Z tego, co mogę powiedzieć, nie tylko marnuje się 99% energii zużywanej na odkurzanie (większość samochodów zbiera jej trochę na rzeczy, takie jak wzmacniacz hamulca), ale silniki pracują bardziej wydajnie przy niższej temperaturze na wlocie, więc zbierają energię z różnica ciśnień nie wymagałaby, aby silnik znajdujący się za nim wykonał więcej pracy.
supercat,
@supercat 5 lat później: Czy kiedykolwiek prowadziłeś pojazd z wycieraczkami próżniowymi z kolektorem? :-) Świetny fundusz, głównie. Kiedyś pracowałem przy dostawie mebli, kiedy na uniwersytecie prowadziłem stary? Handel? awangarda. Padający deszcz. Autostrada. Wycieraczki działają szybko. Wyciągnij, aby wyprzedzić. Przepustnica podłogowa. Wycieraczki zatrzymują się całkowicie na środkowym ekranie. Ślepy. Wyprzedzanie polega na tyle, ile masz odwagę, z przepustnicą pływającą, z okazjonalnym całkowitym cofnięciem, aby umożliwić wycieraczki jednym ruchem, a następnie z powrotem na przepustnicy :-)
Russell McMahon
@RussellMcMahon: Wycieraczki nie wymagają oczywiście dużej mocy; Spodziewałbym się, że nawet przy włączonych wycieraczkach większość energii zużywanej na odkurzanie byłaby zmarnowana. Jestem ciekawy, ile to energii.
supercat
1

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

ericnutsch
źródło