İçten Yanmalı Motorlardan Enerji Toplamak için Termoelektrik Teknoloji

11

Arka plan:
Bir otomobilde, yakıttaki potansiyel enerjinin sadece ¹ / _3'ü mekanik enerjiye dönüştürülür ve enerjinin önemli bir kısmı ısı olarak kaybedilir.

Bu kayıp enerjiyi geri kazanmak için daha önce denemeler yapılmıştı. 1990'ların başında Porsche, prototipleme aşamasını geçmeyen otomotiv termoelektrik jeneratörleri (ATEG) geliştirdi. Porsche Motorsports şu anda LeMans serisi Yarış otomobillerinde bir termal enerji hasat sistemini test ediyor.

resim açıklamasını buraya girin

Porsche'nin araştırmasına ek olarak GM, Future Tech, LLC ile işbirliği içerisindedir. içten yanmalı motorlardan enerji toplamak için themoelektrik teknolojisini kullanma fikrini keşfetmek. BMW gibi diğer otomotiv üreticileri de bu teknolojiyi araştırıyor.

Şu anda bir

Küçük araba yaklaşık 150 W
Tam boyutlu kamyon yaklaşık 500 W

Bu teknoloji başarıyla uygulanabilirse, radyatör, su pompası ve alternatör gibi bileşenler etkili bir şekilde iş yükünü azaltabilir veya sistemden çıkarılabilir, böylece içten yanmalı motora yükü azaltabilir.

Soru:
Yeşil teknolojiye artan ilgi ile, verimliliğin yanı sıra termoelektrik teknolojisini kullanarak içten yanmalı motorlardan enerji hasadının uygulanmasını engelleyen teknoloji engelleri var mı?

Referanslar:

dipnot

Önerilen yinelenen hala oldukça farklı ilişkili bulunurken. Bir içten yanmalı motordan geri kazanılabilecek enerjinin büyüklüğü, bir ekran kartının GPU'sundan önemli ölçüde daha yüksektir. Bu itibarla, ölçek ekonomileri farklıdır ve bu nedenle farklı çözümler mümkündür.

mechanical-engineering electrical-engineering thermodynamics

— Mahendra Gunawardena
kaynak

Bu sadece vahşi bir tahmin, ancak hasat enerjisinin aslında motoru ortam termale direncine arttırdığını ve böylece motor sıcaklığını artırdığını düşünüyorum. "Radyatörleri azalt ya da kaldır" kısmından emin değilim, bir yerde okudun mu ya da sadece tahmin ettin mi? Tam tersinin doğru olduğunu hissediyorum.

— Vladimir Cravero

@Trilarion Önerilen herhangi bir engeliniz varsa, kapsamı daraltmaya yardımcı olmak için soruyu bu belirli engellerle güncelleyebilirim.

— Yorumunuzu

@MahendraGunawardena Güzel cevap için teşekkürler. Her engel için yeni sorular sormanızı öneririm, çünkü bu şekilde daha uzmanlar. Ama sadece bir arkadaşının büyük bir otomobil şirketinde bunun üzerinde çalıştığını biliyorum. Ona sorunların ne olduğunu sormak zorunda kalabilirim. Termoelektrik dönüşümün düşük verimliliğinin genel olarak bir engel olduğunu düşünüyorum.

— Trilarion

verimliliği göz önünde bulundurmanız tuhaf görünüyor: yine de enerji hasatına başka niye bakasınız ki?

— 410 gitti

7

Tüm yeni teknolojilerde olduğu gibi, maliyet de buradaki en büyük itici güçtür. Ayrıca, bu cihazlar tipik bir içten yanmalı otomobilin sadece yardımcı ekipman için kullanabileceği bir enerji türü olan elektrik üretir. Bu, yakıt verimliliğini etkili bir şekilde artıracaktır, ancak kazanç nispeten küçük olacaktır.

Mühendisler genellikle, mevcut yöntemler hedefe ulaşmak için yeterli olduğunda nispeten test edilmemiş pahalı yeni teknolojileri kullanma konusunda isteksizdir. Bu durumda, çoğu otomobil üreticisi maliyet açısından rekabetçi bir ürün üretmeye çalışır. Yakıt verimliliğinden en fazla endişe duyan insanlar , standart bir içten yanmalı motorla çalışanlar yerine hibrid (veya tamamen elektrikli) bir araç düşünmeye eğilimlidirler. Diğer çoğu tüketici yakıt verimliliğini biraz artırabilecek bir araçtan daha ucuz bir araç satın almayı tercih eder.

— Olek Wojnar
kaynak

13

Bağlantılarınızın çoğu birkaç yıl önce olmasına rağmen, bunlardan herhangi birinden çok az şey gelmesinin iyi nedenleri var. Ekonomi ve mühendislik elverişli değildir. Motor sanatının bir kısmı ısıyı olabildiğince çabuk boşaltır; ayrıca, ısı düşük kaliteli bir enerji şeklidir, bu nedenle enerjiniz ısı olduğunda, onunla daha fazla iş yapmak için en iyi fırsatlarınızı zaten kaybettiniz. Bu iki şeye ayrıntılı olarak bakalım.

Isıdan çabucak kurtulmak oyunun adı

Egzoz olan tasarlanmış ısıyı ve yanma ürünlerini motordan uzaklaştıracak . Radyatör ısıyı uzaklaştırmak ve dağıtmak için benzer bir iş yapar.

Verim, soğuk rezervuarın sıcaklığına ve daha yüksek sıcaklığa deltaya bağlı olduğundan, bir ısı motorunda ısıyı hızla boşaltmak çok önemlidir.

Bu nedenle, önerilen enerji hasat cihazınız gibi, yolunuza koyduğunuz her şey, ısının motordan ayrılma hızını yavaşlatır. Bu sadece verimliliği azaltmakla kalmaz (verimliliği göz önünde bulundurmanız tuhaf görünmektedir: yine de enerji hasatına başka niye bakasınız?) Ayrıca, aracın çalışma parçalarının denge sıcaklığını artırarak ömrünü kısaltacaktır.

Yakıt, enerji toplamanın çekici göründüğü kadar değerliyse, o zaman ilk etapta arabayı daha verimli hale getirmeye değer, böylece daha az atık ısı vardı: ilk olarak, düşük değeri geri dönüştürmeye çalışmadan önce yüksek değerli enerji tüketimini azaltın enerji. Ve bu beni ...

enerjiye karşı ekserji

Isı, vakaların büyük bir kısmında atık bir üründür. Neredeyse her zaman en az yararlı enerji biçimidir. Carnot verimlilik sınırının size söylediği şey budur: düşük dereceli ısıdan herhangi bir işi elde etmek için bunu sadece çok düşük verimlilikle yapabilirsiniz; yani, ısının neredeyse tamamı ısı olarak kalacaktır.

Isı ve diğer enerji türleri ile mühendislik yaparken, enerji (joule ile ölçülen şey) ve ekserji (işi yapan şey ) arasında ayrım yapmak için bir sezgi oluşturmak çok yararlıdır . Enerjinin içinde bulunduğu form, ne kadar iş yapabileceğini belirler. Yakıtta olduğu gibi kimyasal enerji, çok miktarda işi verimli bir şekilde yapabilir - çok yüksek ekserjiye sahiptir. Ancak ısı ile aynı miktarda enerji çok daha az iş yapabilir - çok düşük ekserjiye sahiptir. İçten yanmalı motorlar o kadar verimsizdir çünkü yüksek dereceli bir enerji (kimyasal) alırlar ve hemen düşük dereceli bir enerjiye (ısı) dönüşürler.

Mütevazi alternatör işinde çok iyi. Katı hal termo-elektrik jeneratörleri, performansa değil, maliyete değil, yakınlaşmazlar. Bir iletkenin ve bir mıknatısın göreceli dönüşünü kullanmak, ısıyı elektriğe dönüştürmenin çok etkili bir yoludur: bu nedenle güç istasyonlarında, arabalarda, bisiklet dinamiklerinde ve diğer birçok kullanımda kullanılır.

Enerji toplama zekice görünse de, kötü mühendislik: altta yatan nedeni ele almak yerine bir semptomu düzeltmeye çalışıyor.

Eğer bu joule'lardan daha fazla çalışma istiyorsanız, o joule ısı formunda olmadan önce bu işi yapın .

— 410 gitti
kaynak

Uzun zamandır merak ettiğim bir şey var: Tipik bir araba seyir hızında çalışırken, gaz kelebeğinin aşağı akışındaki vakumu pompalamak için ne kadar enerji harcanır? Söyleyebileceğim kadarıyla, vakum çekmek için harcanan enerjinin sadece% 99'u boşa harcanmıyor (çoğu otomobil, güç freni güçlendiricisi gibi şeyler için küçük bir miktar hasat ediyor), ancak motorlar daha düşük bir emme sıcaklığında daha verimli çalışıyor, bu nedenle basınç farkı motorun aşağı yönde daha fazla iş yapmasını gerektirmez.

— Supercat

@supercat 5 yıl sonra: Hiç vakumla çalışan silecekleri olan bir aracı sürdünüz mü? :-) Büyük fon, çoğunlukla. Bir keresinde üniversitede eski bir araba sürerken mobilya dağıtımı yaptım. kamyonet. Bardaktan boşalırcasına yağan yağmur. Otoyol. Silecekler hızlı. Sollamak için dışarı çekin. Zemin gaz kelebeği. Silecekler orta ekranda tamamen duruyor. Kör. Sollama, gaz kelebeği ile cesaret ettiğiniz sürece, sileceklerin bir süpürmeye, daha sonra tekrar gaz kelebeğine izin vermek için ara sıra tamamen geri çekilmesinden oluşur :-)

— Russell McMahon

@RussellMcMahon: Silecekler elbette fazla güç almıyor; Silecekler açıkken bile vakum çekmek için harcanan enerjinin çoğunun boşa harcanmasını beklerdim. Bunun ne kadar enerji olduğunu merak ediyorum.

— supercat

1

Herhangi bir fikrin / teknolojinin kullanımı maliyet etkinliğine bağlıdır. Verimlilik, analizin sadece bir parçasıdır. Modüller ücretsiz olsaydı ve asla kötü gitmeseydi, kesinlikle kullanımda olacaklardı. Bununla birlikte, yüksek sıcaklık modülleri üretilen güçleri için pahalıdır; şu anda maliyet etkin değil.

EnergyNumbers, ilgili termodinamiği açıklamak için iyi bir iş çıkarır. Carnot nedeniyle bu şekilde önemli miktarda güç toplayamazsınız. Peltier modülleri için paranın daha fazla motor verimliliği / performansı için daha iyi harcanmasının nedeni de budur. Bununla birlikte, yüksek sıcaklıkta atık ısı ne olursa olsun orada olacak ve termoelektrik maliyet etkin hale geldiğinde, kullanımda olduğunu göreceksiniz.

İnsanların reklamını yapabileceklerine rağmen, hiçbir fayda / teknoloji bir maliyet-fayda analizinde kendi ağırlığını çekene kadar “yeşil” değildir. Resmin tamamına bakmalısınız; Bu "yeşil" enerjiyi sağlamak için kaç dolar ve hammadde tüketti.

Kendiniz keşfetmek isterseniz, fiyatlandırabileceğiniz ve değerlendirebileceğiniz bazı yüksek sıcaklık modülleri. Listelenen watt değerinin üretilen güç değil, tüketilen güç olduğunu unutmayın. tetech.com

— ericnutsch
kaynak