Рекуперация энергии выхлопных газов с помощью термоэлектрических пар

Возможно, из-за названия вы подумали о такой системе, как турбо. Да, это правда, что турбо — это система, позволяющая использовать энергию выхлопных газов и достигать дополнительной мощности. Но здесь я буду ссылаться не на эту систему, а на другую, отличную от обычных турбин, MGU-H из Формулы-1 или аналогичную, но система рекуперации энергии выхлопных газов который может быть реализован даже в автомобилях без турбонаддува.

И все это связано со знаменитостями. термопары или термоэлектрические системы...

Энергия, потерянная из-за утечек

La КПД двигателя За последние десятилетия процесс внутреннего сгорания значительно улучшился, но по-прежнему остается большое количество энергии, которая теряется в виде отходящего тепла в выхлопных газах. рекуперация тепла из выхлопных газов стал областью растущего интереса производителей, поскольку предлагает возможность повышения эффективности двигателя, снижения расхода топлива и снижения выбросов.

Как вы знаете, одним из способов использования этих выхлопных газов была турбина, которая использовалась десятилетиями. Однако есть и другие способы использования энергии выхлопных газов. И хотя технологические достижения позволили снизить расход топлива двигателей внутреннего сгорания, теоретический максимальный КПД двигателя:

• 4-тактный цикл Отто составляет около 35%. Это означает, что 65% энергии, выделяемой из топлива, теряется в виде тепла.
• Дизельный цикл дает лучшие результаты: теоретический максимальный КПД составляет около 45%, но он все еще далек от теоретического максимального КПД, при котором 55% энергосодержания топлива отбрасывается в виде тепла.

Рекуперация тепла из выхлопных газов состоит из преобразовывать остаточную тепловую энергию в электрическую или механическую энергию, который можно повторно ввести в двигатель для увеличения его мощности или сохранить в аккумуляторе. Эта технология имеет ряд преимуществ:

• Увеличение общей эффективности- Используя энергию, которая в противном случае была бы потеряна, рекуперация тепла может значительно повысить общую эффективность двигательной установки.
• Сниженный расход топлива- Более высокая эффективность приводит к снижению расхода топлива, что, в свою очередь, снижает выбросы парниковых газов и эксплуатационные расходы.
• производство электроэнергии: Восстановленная энергия может использоваться для питания электрических систем автомобиля, таких как освещение, кондиционер или даже гибридные силовые установки.
• сокращение выбросов: За счет снижения расхода топлива также сокращаются выбросы загрязняющих веществ в воздух.

Но как можно выйти за рамки турбосистемы? Давайте посмотрим...

Технологии рекуперации энергии выхлопных газов

Наконец, давайте посмотрим на некоторые системы рекуперации энергии автомобильных выхлопов. Между два главныхДа, у нас есть:

Цикл Ренкина

Одной из наиболее перспективных технологий рекуперации тепла в двигателях внутреннего сгорания является цикл Ренкина. Этот термодинамический цикл основан на испарении жидкости под высоким давлением с использованием остаточного тепла выхлопных газов. Образующийся пар приводит в движение турбину или набор поршней, которые, в свою очередь, могут вырабатывать электроэнергию или увеличивать мощность главного двигателя.

Исследователи из Университета Лафборо и Университета Сассекса в Великобритании пришли к выводу, что рекуперация тепла с использованием цикла Ренкина в легковых автомобилях может предложить преимущество в расходе топлива от 6.3% до 31.7%в зависимости от цикла движения. Кроме того, высокая эффективность может быть достигнута при практических рабочих давлениях.

Несколько компаний, таких как BMW и ее Turbosteamer, Chevrolet, Honda, Exoès и Barber-Nichols разрабатывают системы рекуперации тепла на основе цикла Ренкина. для повышения эффективности транспортных средств и сокращения выбросов. Эти системы могут рекуперировать тепловую энергию из выхлопных газов и преобразовывать ее в электричество или тепло для других компонентов автомобиля.

термоэлектрический

Еще одна технология, которая изучалась для рекуперации тепла в двигателях внутреннего сгорания, — это термоэлектрические генераторы. Эти устройства используют эффект Зеебека/Томсона для преобразования разницы температур между двумя материалами в электричество. Однако, несмотря на свой потенциал, термоэлектрические генераторы пока практически не внедрены в современные автомобили из-за ограничений в их эффективности и стоимости, но они могут быть интересны в будущем, в том числе для использования тепла, вырабатываемого аккумуляторами в электромобилях. другими типами двигателей.

Как я уже говорил, они основаны на термоэлектрические эффекты как:

• Эффект Зеебека: Когда металлический проводник соединяется в двух точках при разных температурах, между этими точками создается электродвижущая сила (ЭДС). Свободные электроны в металле имеют тенденцию перемещаться в более холодные области. Когда существует разница температур между двумя точками проводника, электроны диффундируют из горячей области в холодную, создавая накопление отрицательного заряда на холодном конце и положительного заряда на горячем конце. Такое разделение зарядов создает разность электрических потенциалов. Термопары состоят из двух разных металлов, соединенных на концах. Создаваемая разность потенциалов пропорциональна разнице температур между спаями. Среди используемых термопар мы имеем:
  • Общее назначение:
    • Тип K (хром-алюмель): это одна из наиболее часто используемых термопар благодаря широкому температурному диапазону, хорошей чувствительности и низкой стоимости.
    • Тип J (железо-константан): аналогичен типу К, но с несколько меньшей чувствительностью.
    • Тип Т (медь-константан): для низких температур благодаря высокой чувствительности и стабильности.
  • Для высоких температур:
    • Тип B (Платина-6% родия/Платина-30% родия): используется при высоких температурах благодаря своей стабильности и устойчивости к окислению.
    • Тип R (Платина-13% родия/Платина): аналогичен типу B, но с большей чувствительностью.
    • Тип S (платина-10% родий/платина): также используется при высоких температурах и широко используется в качестве эталонного стандарта.
  • Others:
    • Тип E (никель-хром/константан): обеспечивает высокую чувствительность при низких температурах.
    • Тип N (никель-хром-кремний/никель-кремний): устойчив к окислению и имеет хорошую долговременную стабильность.
• Эффект Томсона- Описывает выделение или поглощение тепла при протекании электрического тока по проводнику с градиентом температуры. Если электрический ток течет по проводнику, у которого один конец горячее другого, в разных участках проводника возникает эффект охлаждения или нагрева в зависимости от природы материала. Этот эффект обратим; То есть, если к проводнику с градиентом температуры приложить разность потенциалов, возникнет тепловой поток.

Представьте себе утечки из-за этих термопар…

Изображения | холст