Thermoelektrische Technologie zur Energiegewinnung aus Verbrennungsmotoren

Hintergrund:
In einem Kraftfahrzeuge, nur ¹ / ₃ der potentiellen Energie in dem Kraftstoff wird in mechanische Energie umgewandelt und erheblichen Teil der Energie wird als Wärme verloren.

Es gab bereits Versuche, diese verlorene Energie wiederzugewinnen. In den frühen neunziger Jahren entwickelte Porsche thermoelektrische Generatoren für Kraftfahrzeuge (ATEG), die die Prototyping-Phase nicht überschritten haben. Derzeit testet Porsche Motorsports ein thermisches Energiegewinnungssystem in seinem Rennwagen der LeMans-Serie.

Neben der Forschung von Porsche arbeitet GM mit Future Tech, LLC zusammen. die Idee zu erforschen, mit Hilfe der Elektrotechnologie Energie aus Verbrennungsmotoren zu gewinnen. Andere Automobilhersteller wie BMW erforschen diese Technologie ebenfalls.

Derzeit ist der Stromverbrauch in einem

• Kleinwagen ist ca. 150 W.
• LKW in voller Größe ist ungefähr 500 W.

Wenn diese Technologie erfolgreich implementiert werden kann, können Komponenten wie Kühler, Wasserpumpe und Lichtmaschine die Arbeitsbelastung effektiv reduzieren oder aus dem System entfernt werden, wodurch die Belastung des Verbrennungsmotors verringert wird.

Frage: Gibt es
angesichts des wachsenden Interesses an umweltfreundlicher Technologie neben der Effizienz auch technologische Barrieren , die die Umsetzung der Energiegewinnung aus Verbrennungsmotoren mithilfe thermoelektrischer Technologie verhindern?

Verweise:

• Welche muss an die Ausgangsspannung oder die Leerlaufspannung angepasst werden?
• Vorteile der thermoelektrischen Technologie für das Automobil
• Das Versprechen und die Probleme thermoelektrischer Generatoren
• Modellierung eines Automotive ThermoElectricGenerator (ATEG)
• Thermoelektrik zum Austausch von Lichtmaschinen und zur Verbesserung des MPG
• Thermoelektrischer Generator in turbogeladenem Dieselmotor
• Forscher der Kettering University arbeiten mit General Dynamics zusammen, um die nicht genutzte Wärmeenergie ihrer Antriebssysteme in nützliche und saubere Energie umzuwandeln
• Der Porsche 919 Hybrid LeMans Racer strebt nach zwei Dritteln der Energie, die Benzin als Wärme verschwendet
• Deutsche, die versuchen, den Generator durch thermoelektrische Generatoren oder TEGs zu ersetzen
• Porsche 919 Hybrid LMP1 Le Mans Prototyp ...

Fußnote

Das vorgeschlagene Duplikat ist verwandt, aber immer noch deutlich anders. Die Größenordnung der Energie, die zur Rückgewinnung aus einem Verbrennungsmotor zur Verfügung steht, ist erheblich größer als innerhalb der GPU einer Grafikkarte. Daher sind die Skaleneffekte unterschiedlich und daher sind unterschiedliche Lösungen möglich.

Wie bei jeder neuen Technologie sind hier die Kosten der große Treiber. Darüber hinaus erzeugen diese Geräte Elektrizität, eine Energieform, die ein typisches Verbrennungsauto nur für Zusatzgeräte nutzen kann. Dies würde die Kraftstoffeffizienz effektiv verbessern, aber der Gewinn wäre relativ gering.

Ingenieure zögern im Allgemeinen, teure neue Technologien einzusetzen, die relativ ungetestet sind, wenn vorhandene Methoden zur Erreichung des Ziels ausreichen. In diesem Fall bemühen sich die meisten Automobilhersteller um ein kostengünstiges Produkt. Die Menschen, die sich am meisten mit Kraftstoffeffizienz befassen, werden eher ein Hybridfahrzeug (oder ein vollelektrisches Fahrzeug) als ein Fahrzeug in Betracht ziehen, das von einem Standard-Verbrennungsmotor angetrieben wird. Die meisten anderen Verbraucher würden es vorziehen, ein günstigeres Fahrzeug gegenüber einem zu kaufen, das ihre Kraftstoffeffizienz geringfügig steigern könnte.

Es gibt gute Gründe, warum, obwohl die meisten Ihrer Links von vor einigen Jahren stammen, nur sehr wenig von ihnen gekommen ist. Die Wirtschaftlichkeit und die Technik sind einfach nicht günstig. Ein Teil der Technik eines Motors besteht darin, die Wärme so schnell wie möglich abzuleiten. Darüber hinaus ist Wärme eine Energieform von geringer Qualität. Wenn Ihre Energie also Wärme ist, haben Sie bereits alle Ihre besten Möglichkeiten verloren, mehr Arbeit damit zu erledigen. Schauen wir uns diese beiden Dinge im Detail an.

Die Hitze schnell loszuwerden, ist der Name des Spiels

Der Auspuff ist so ausgelegt , dass er dem Motor Wärme und Verbrennungsprodukte entzieht. Der Kühler führt die Wärme auf ähnliche Weise ab und leitet sie ab.

Das schnelle Ablassen von Wärme ist in einer Wärmekraftmaschine von entscheidender Bedeutung, da der Wirkungsgrad von der Temperatur des Kältespeichers und dem Delta zur höheren Temperatur abhängt.

Alles, was Sie in die Quere kommen, wie z. B. Ihr vorgeschlagenes Energiegewinnungsgerät, verlangsamt die Geschwindigkeit, mit der Wärme den Motor verlässt. Dies verringert nicht nur die Effizienz (es scheint bizarr, dass Sie die Effizienz als Überlegung ausgeschlossen haben: Warum sollten Sie sich sonst überhaupt mit Energiegewinnung befassen?). Es erhöht auch die Gleichgewichtstemperatur der Arbeitsteile des Autos und verkürzt dessen Lebensdauer.

Wenn Kraftstoff so wertvoll ist, dass die Energiegewinnung attraktiv aussieht, lohnt es sich, das Auto in erster Linie effizienter zu gestalten, damit weniger Abwärme entsteht: Reduzieren Sie zunächst den Verbrauch hochwertiger Energie, bevor Sie versuchen, geringwertige Energie zu recyceln Energie. Und das bringt mich zu ...

Energie versus Exergie

Wärme ist in einem großen Teil der Fälle ein Abfallprodukt. Es ist fast immer die am wenigsten nützliche Energieform. Genau das sagt Ihnen die Carnot-Effizienzgrenze: Um Arbeiten mit geringer Hitze zu vermeiden, können Sie dies nur mit sehr geringem Wirkungsgrad tun. Das heißt, fast die gesamte Wärme bleibt als Wärme erhalten.

Wenn Sie mit Wärme und anderen Energieformen arbeiten, ist es sehr nützlich, eine Intuition aufzubauen, um zwischen Energie (das in Joule gemessene Ding) und Exergie (das, was die Arbeit erledigt) zu unterscheiden. Die Form, in der sich Energie befindet, bestimmt, wie viel Arbeit sie leisten kann. Chemische Energie, wie die in Kraftstoff, kann sehr viel Arbeit effizient erledigen - sie hat eine sehr hohe Exergie. Aber die gleiche Energiemenge wie Wärme kann viel weniger Arbeit leisten - sie hat eine sehr geringe Exergie. Verbrennungsmotoren sind so ineffizient, weil sie eine hochwertige Energieform (chemisch) annehmen und sich sofort in eine minderwertige Energie (Wärme) umwandeln.

Die bescheidene Lichtmaschine ist sehr gut in ihrer Arbeit. Thermoelektrische Festkörpergeneratoren kommen einfach nicht nahe, nicht an Kosten, nicht an Leistung. Die relative Drehung eines Leiters und eines Magneten ist ein sehr effektives Mittel, um Wärme in Elektrizität umzuwandeln. Deshalb wird sie in Kraftwerken, Autos, Fahrraddynamos und vielen anderen Anwendungen verwendet.

Obwohl Energy Harvesting klug aussieht, ist es eine schlechte Technik: Es wird versucht, ein Symptom zu beheben, anstatt die zugrunde liegende Ursache anzugehen.

Wenn Sie mehr Arbeit aus diesen Joule herausholen möchten, erledigen Sie diese Arbeit, bevor diese Joule in Form von Hitze vorliegen.

Die Verwendung einer Idee / Technologie hängt von ihrer Kosteneffizienz ab. Effizienz ist nur ein Teil der Analyse. Wenn die Module kostenlos wären und niemals schlecht würden, würden sie sicherlich verwendet werden. Hochtemperaturmodule sind jedoch für ihre erzeugte Energie teuer; machen sie derzeit nicht kosteneffektiv.

EnergyNumbers erklärt die Thermodynamik gut. Aufgrund von Carnot können Sie auf diese Weise keine nennenswerte Menge an Energie ernten. Dies ist auch der Grund, warum Geld für Peltier-Module besser für die Steigerung der Motoreffizienz / -leistung ausgegeben wird. Hochtemperatur-Abwärme ist jedoch unabhängig davon vorhanden, und wenn die Thermoelektrik kostengünstig wird, wird sie verwendet.

Ungeachtet dessen, was die Leute bewerben, ist keine Idee / Technologie "grün", bis sie in einer Kosten-Nutzen-Analyse ihr eigenes Gewicht ziehen kann. Sie müssen das ganze Bild betrachten; Wie viele Dollar und Rohstoffe hat es verbraucht, um diese "grüne" Energie bereitzustellen?

Wenn Sie es selbst entdecken möchten, finden Sie hier einige Hochtemperaturmodule, die Sie bewerten und bewerten können. Denken Sie daran, dass die aufgelisteten Watt die verbrauchte Leistung sind, nicht die erzeugte Leistung. tetech.com