内燃機関からエネルギーを回収する熱電技術

11

背景：
自動車では、唯一の¹ / ₃ポテンシャルエネルギーの燃料には、機械的エネルギーに変換され、エネルギーの大部分は熱として失われます。

この失われたエネルギーを回復するための以前の試みがありました。1990年代初頭、ポルシェはプロトタイプの段階を経ない自動車用熱電発電機（ATEG）を開発しました。現在、ポルシェモータースポーツは、ルマンシリーズレースカーで熱エネルギー収集システムをテストしています。

ここに画像の説明を入力してください

ポルシェの研究に加えて、GMはFuture Tech、LLCと協力しています。内燃機関からエネルギーを回収するために熱電技術を使用するというアイデアを探求します。BMWなどの他の自動車メーカーもこの技術を検討しています。

現在、

小型車は約150 W
フルサイズのトラックは約500 W

この技術をうまく実装できれば、ラジエーター、ウォーターポンプ、オルタネーターなどのコンポーネントが効果的に作業負荷を軽減するか、システムから削除されるため、内燃機関への負荷が軽減されます。

質問：
グリーンテクノロジーへの関心の高まりに伴い、熱電技術を使用した内燃機関からのエネルギーハーベスティングの実施を妨げている効率のほかに、技術的な障壁がありますか？

参照：

脚注

提案の重複は関連するが、それでも明らかに異なるされています。内燃エンジンから回復するために利用可能なエネルギーの規模は、ビデオカードのGPU内よりも大幅に大きくなります。そのため、規模の経済は異なり、異なるソリューションが可能です。

mechanical-engineering electrical-engineering thermodynamics

— マヘンドラ・グナワルデナ
ソース

これは大まかな推測ですが、エネルギーを収集すると、実際にはエンジンから周囲への熱抵抗が増加し、エンジン温度が上昇すると思います。「ラジエーターの削減または削除」の部分についてはわかりません。どこかで読んだり、推測しただけですか？私は正反対のことが本当だと感じています。

— Vladimir Cravero 2015年

@Trilarion提案された障害がある場合は、範囲を狭めるのに役立つように、それらの特定の障害で質問を更新できます。コメントを感謝します

— Mahendra Gunawardena 2015

@MahendraGunawardena素敵な返信ありがとうございます。それぞれの障害はそのように専門化されているため、それぞれの障害について新しい質問をすることをお勧めします。しかし、私は友人が大規模な自動車会社でそれに取り組んでいることを知っています。私は彼に何が問題なのかを尋ねなければならないかもしれません。一般に、熱電変換の低効率は障害になると思います。

— Trilarion、2015

効率性を考慮事項として除外したのは奇妙に思われます。なぜとにかくなぜエネルギーハーベスティングを検討するのでしょうか。

— 410

7

他の新しいテクノロジーと同様に、ここでのコストは大きなコストです。さらに、これらのデバイスは、典型的な内燃自動車が補助機器にしか利用できないエネルギーの形である電気を生成します。これは効果的に燃料効率を改善しますが、ゲインは比較的小さいです。

エンジニアは一般に、目標を達成するのに既存の方法で十分な場合、比較的テストされていない高価な新しいテクノロジーを使用することに消極的です。この場合、ほとんどの自動車メーカーはコスト競争力のある製品を生産しようと努力しています。燃料効率に最も関心を持っている人々は、標準的な内燃エンジンを動力とするものではなく、ハイブリッド（または全電気）車両を検討する傾向があります。他のほとんどの消費者は、燃料効率をわずかに高めることができるものよりも安価な車両を購入することを好みます。

— オレク・ウォイナール
ソース

13

あなたのリンクのほとんどは数年前のものですが、それらのどれもほとんど出てこなかったのには、正当な理由があります。経済学と工学は好ましくありません。エンジンの技術の一部は、できるだけ早く熱を放出することです。さらに、熱は低品質のエネルギーであるため、エネルギーが熱になると、それを使ってより多くの作業を行うための最良の機会をすべて失ってしまいます。これら2つのことを詳しく見てみましょう。

熱を素早く取り除くことがゲームの名前です

排気は、熱と燃焼生成物をエンジンから奪うように設計されています。ラジエーターは、熱を除去して放散する同様の仕事をします。

効率はコールドリザーバーの温度、および高温へのデルタに依存するため、熱エンジンでは熱をすばやくダンプすることが非常に重要です。

したがって、提案されているエナジーハーベスティングデバイスなど、邪魔なものを置くと、熱がエンジンを離れる速度が遅くなります。これは効率を低下させるだけではありません（効率を考慮から除外したのは奇妙に思われます。とにかくなぜエネルギーハーベスティングを検討するのでしょうか？）また、自動車の作動部品の平衡温度が上昇し、寿命が短くなります。

燃料がエナジーハーベスティングが魅力的に見えるほど価値がある場合は、まず自動車をより効率的にして、廃熱を少なくする価値があります。まず、高価値のエネルギーの消費を減らしてから、低価値をリサイクルしようとします。エネルギー。そして、それは私に...をもたらします

エネルギー対エクセルギー

熱は、多くの場合、廃棄物です。ほとんどの場合、最も有用性の低いエネルギーです。これが、Carnot効率の限界が実際に伝えていることです。つまり、低グレードの熱から仕事を得るには、非常に低い効率でしか行うことができません。つまり、ほとんどすべての熱が熱のままになります。

熱などのエネルギーを使用してエンジニアリングを行う場合、エネルギー（ジュールで測定されるもの）とエクセルギー（仕事を行うもの）を区別する直観を構築することは非常に便利です。エネルギーが存在する形は、どれだけの仕事ができるかを決定します。燃料などの化学エネルギーは、大量の仕事を効率的に行うことができます-非常に高いエクセルギーを持ちます。しかし、熱と同じ量のエネルギーははるかに少ない仕事をすることができます -それは非常に低いエクセルギーを持っています。内燃エンジンは、高品質のエネルギー（化学物質）を受け取り、すぐに低品質のエネルギー（熱）に変換するため、非常に効率が悪いです。

謙虚なオルタネーターはその仕事で非常に優れています。固体熱電発電機は、コストや性能ではなく、単純に近づいていません。導体と磁石の相対回転を使用することは、熱を電気に変換する非常に効果的な手段です。そのため、発電所、自動車、自転車発電機、その他多くの用途で使用されています。

したがって、エネルギーハーベスティングは賢明に見えますが、悪いエンジニアリングです。根本的な原因に対処するのではなく、1つの症状を修正しようとすることです。

これらのジュールからさらに多くの作業が必要な場合は、それらのジュールが熱の形になる前にその作業を完了してください。

— 410消えました
ソース

私が長い間疑問に思ったことの1つは、一般的な車が巡航速度で動作しているときに、スロットルの下流の真空をポンピングするのにどのくらいのエネルギーが費やされているのでしょうか。私が知ることができることから、真空引きに費やされたエネルギーの99％が浪費されているだけでなく（ほとんどの車は、パワーブレーキブースターのようなもののためにそのほんの少しを収穫します）、エンジンはより低い吸気温度でより効率的に作動する圧力差により、下流のエンジンがこれ以上作業を行う必要がなくなります。

— スーパーキャット

1

アイデア/テクノロジーの使用は、その費用対効果に依存します。効率は分析のほんの一部です。モジュールが無料で、決して悪くならない場合は、確実に使用されます。ただし、高温モジュールは生成される電力が高価です。現在、それらを費用対効果の低いものにしています。

EnergyNumbersは、関係する熱力学をうまく説明しています。カルノーのために、この方法でかなりの量のパワーを収穫することはできません。これは、ペルチェモジュールのお金がエンジン効率/パフォーマンスの向上に費やされる理由でもあります。ただし、高温の廃熱は関係なく存在し、熱電が費用対効果が高くなると、使用中に表示されます。

人々が宣伝するものがあるにもかかわらず、費用便益分析で自重を引き出すことができるまで、「環境に優しい」アイデア/テクノロジーはありません。全体像を見なければなりません。この「グリーン」エネルギーを提供するために何ドルと原材料を消費したか。

あなた自身でそれを発見したいなら、ここにあなたが値をつけて評価することができるいくつかの高温モジュールがあります。リストされているワットは、生成された電力ではなく消費電力であることを忘れないでください。tetech.com

— ericnutsch
ソース