Teknologi Termoelektrik untuk Memanen Energi dari Mesin Pembakaran Internal

11

Latar Belakang:
Dalam mobil, hanya ¹ / ₃ dari energi potensial dalam bahan bakar diubah menjadi energi mekanik dan sebagian besar energi hilang sebagai panas.

Ada upaya sebelumnya untuk memulihkan energi yang hilang ini. Pada awal 1990-an, Porsche mengembangkan generator termoelektrik otomotif (ATEG) yang tidak melewati tahap prototyping. Saat ini, Porsche Motorsports sedang menguji sistem pemanenan energi termal pada mobil seri LeMans mereka.

masukkan deskripsi gambar di sini

Selain penelitian Porsche, GM bekerja sama dengan Future Tech, LLC. untuk mengeksplorasi ide menggunakan teknologi listrik untuk memanen energi dari mesin pembakaran internal. Produsen otomotif lainnya, seperti BMW, juga menjajaki teknologi ini.

Saat ini penggunaan daya dalam a

Mobil kecil sekitar 150 W
Truk ukuran penuh sekitar 500 W

Jika teknologi ini berhasil diterapkan, maka komponen seperti radiator, pompa air, dan alternator dapat secara efektif mengurangi beban kerja atau melepas dari sistem, sehingga mengurangi beban ke mesin pembakaran internal.

Pertanyaan:
Dengan meningkatnya minat terhadap teknologi hijau, adakah hambatan teknologi selain efisiensi yang mencegah penerapan pemanenan energi dari mesin pembakaran internal menggunakan teknologi termoelektrik?

Referensi:

Catatan kaki

The duplikat disarankan berhubungan, tapi masih jelas berbeda. Urutan besarnya energi yang tersedia untuk pulih dari mesin pembakaran internal secara signifikan lebih besar daripada dalam GPU kartu video. Dengan demikian, skala ekonomi berbeda dan oleh karena itu solusi yang berbeda dimungkinkan.

mechanical-engineering electrical-engineering thermodynamics

— Mahendra Gunawardena
sumber

Itu hanya tebakan liar, tetapi saya berpikir bahwa energi panen sebenarnya meningkatkan mesin ke resistensi suhu sekitar, sehingga meningkatkan suhu mesin. Saya tidak yakin tentang bagian "kurangi atau hapus radiator", apakah Anda membacanya di suatu tempat atau hanya menebaknya? Saya merasakan hal sebaliknya yang benar.

— Vladimir Cravero

@Trilarion Jika Anda memiliki kendala yang disarankan, saya dapat memperbarui pertanyaan dengan hambatan khusus tersebut untuk membantu mempersempit ruang lingkup. Hargai komentar Anda

— Mahendra Gunawardena

@ MahendraGunawardena Terima kasih atas balasan yang bagus. Saya akan menyarankan mengajukan pertanyaan baru untuk setiap hambatan, karena mereka lebih khusus seperti itu. Tetapi saya hanya tahu bahwa seorang teman sedang mengerjakan itu di sebuah perusahaan mobil besar. Saya mungkin harus bertanya kepadanya apa masalahnya. Saya kira efisiensi konversi termoelektrik yang rendah secara umum merupakan hambatan.

— Trilarion

tampaknya aneh bahwa Anda telah mengecualikan efisiensi sebagai pertimbangan: mengapa lagi Anda melihat pemanenan energi?

— 410 hilang

7

Seperti halnya teknologi baru, biaya adalah pendorong besar di sini. Selain itu, perangkat ini menghasilkan listrik yang merupakan bentuk energi yang hanya bisa digunakan oleh mobil pembakaran internal untuk peralatan tambahan. Ini secara efektif akan meningkatkan efisiensi bahan bakar tetapi perolehannya akan relatif kecil.

Insinyur umumnya enggan menggunakan teknologi baru yang mahal yang relatif belum teruji ketika metode yang ada cukup untuk mencapai tujuan. Dalam hal ini, sebagian besar produsen mobil berusaha untuk menghasilkan produk yang kompetitif biaya. Orang-orang yang paling peduli dengan efisiensi bahan bakar akan cenderung mempertimbangkan kendaraan hibrida (atau semua-listrik) daripada yang ditenagai oleh mesin pembakaran internal standar. Sebagian besar konsumen lain lebih suka membeli kendaraan yang lebih murah daripada yang sedikit meningkatkan efisiensi bahan bakar.

— Olek Wojnar
sumber

13

Ada alasan bagus mengapa, meskipun sebagian besar tautan Anda berasal dari beberapa tahun yang lalu, sangat sedikit yang datang dari salah satu dari mereka. Ekonomi dan teknik memang tidak menguntungkan. Bagian dari seni mesin adalah membuang panas secepat mungkin; Selain itu, panas adalah bentuk energi berkualitas rendah, jadi begitu energi Anda adalah panas, Anda sudah kehilangan semua peluang terbaik untuk menyelesaikan lebih banyak pekerjaan. Mari kita lihat dua hal itu secara mendetail.

menyingkirkan panas dengan cepat adalah nama permainan

Knalpot dirancang untuk mengambil panas dan produk pembakaran jauh dari mesin. Radiator melakukan pekerjaan yang sama untuk menghilangkan dan menghilangkan panas.

Membuang panas dengan cepat sangat penting dalam mesin panas, karena efisiensi tergantung pada suhu reservoir dingin, dan delta ke suhu yang lebih tinggi.

Jadi, apa pun yang Anda lakukan, seperti perangkat pemanen energi yang Anda usulkan, akan memperlambat laju panas yang keluar dari mesin. Ini tidak hanya mengurangi efisiensi (tampaknya aneh bahwa Anda telah mengecualikan efisiensi sebagai pertimbangan: mengapa lagi Anda melihat pemanenan energi?) Ini juga akan meningkatkan suhu kesetimbangan bagian kerja mobil, memperpendek umurnya.

Jika bahan bakar begitu berharga sehingga pemanenan energi terlihat menarik, maka ada baiknya membuat mobil lebih efisien di tempat pertama, sehingga ada lebih sedikit limbah panas: pertama, kurangi konsumsi energi bernilai tinggi, sebelum mencoba mendaur ulang bernilai rendah energi. Dan itu membawa saya ke ...

energi versus eksergi

Panas, dalam sebagian besar kasus, merupakan produk limbah. Ini hampir selalu merupakan bentuk energi yang paling tidak berguna. Itulah yang dikatakan batas efisiensi Carnot kepada Anda: bahwa untuk mendapatkan pekerjaan dari panas kadar rendah, Anda hanya dapat melakukannya dengan efisiensi sangat rendah; artinya, hampir semua panas akan tetap seperti panas.

Saat melakukan rekayasa dengan panas dan bentuk energi lainnya, sangat berguna untuk membangun intuisi untuk membedakan antara energi (benda yang diukur dalam joule) dan eksergi (benda yang harus dikerjakan). Bentuk energi itu, menentukan berapa banyak pekerjaan yang dapat dilakukan. Energi kimia, seperti yang ada dalam bahan bakar, dapat melakukan pekerjaan dalam jumlah besar secara efisien - ia memiliki eksergi yang sangat tinggi. Tetapi jumlah energi yang sama seperti panas dapat melakukan lebih sedikit pekerjaan - ia memiliki exergi yang sangat rendah. Mesin pembakaran internal sangat tidak efisien karena mereka mengambil bentuk energi (kimia) tingkat tinggi, dan segera mengubahnya menjadi yang tingkat rendah (panas).

Alternator yang sederhana sangat baik dalam pekerjaannya. Generator termo-listrik solid-state tidak mendekati, tidak dalam biaya, tidak dalam kinerja. Menggunakan rotasi relatif dari konduktor dan magnet adalah cara yang sangat efektif untuk mengubah panas menjadi listrik: itulah sebabnya ia digunakan pada pembangkit listrik, mobil, dinamo sepeda, dan banyak kegunaan lainnya.

Jadi meskipun pemanenan energi terlihat pintar, ini adalah rekayasa yang buruk: mencoba memperbaiki satu gejala, alih-alih mengatasi penyebab yang mendasarinya.

Jika Anda ingin lebih banyak latihan dari joule itu, maka selesaikan pekerjaan itu sebelum joule itu dalam bentuk panas.

— 410 hilang
sumber

Satu hal yang saya sudah lama bertanya-tanya: ketika sebuah mobil biasa beroperasi pada kecepatan jelajah, berapa banyak energi yang dihabiskan untuk memompa vakum hilir throttle? Dari apa yang saya tahu, tidak hanya 99% dari energi yang dihabiskan untuk menyedot kekosongan (kebanyakan mobil memanen sedikit untuk hal-hal seperti penguat rem) tetapi mesin beroperasi lebih efisien pada suhu asupan yang lebih rendah, sehingga memanen energi dari perbedaan tekanan tidak akan membutuhkan engine hilir untuk melakukan pekerjaan lebih lanjut.

— supercat

1

Penggunaan setiap ide / teknologi tergantung pada keefektifan biayanya. Efisiensi hanyalah salah satu bagian dari analisis. Jika modul-modul itu gratis dan tidak pernah rusak, mereka pasti akan digunakan. Namun, modul suhu tinggi mahal untuk daya yang dihasilkannya; membuat mereka saat ini tidak hemat biaya.

EnergyNumber melakukan pekerjaan dengan baik untuk menjelaskan termodinamika yang terlibat. Karena Carnot Anda tidak dapat memanen sejumlah besar kekuatan dengan cara ini. Ini juga mengapa uang untuk modul peltier lebih baik dihabiskan untuk meningkatkan efisiensi / kinerja mesin sebagai gantinya. Namun, panas limbah suhu tinggi akan ada di sana dan ketika termoelektrik menjadi hemat biaya, Anda akan melihatnya digunakan.

Terlepas dari apa yang diiklankan orang, tidak ada ide / teknologi "hijau" sampai dapat menarik bobotnya sendiri dalam analisis biaya manfaat. Anda harus melihat keseluruhan gambar; berapa banyak dolar dan bahan mentah yang dikonsumsi untuk menyediakan energi "hijau" ini.

Jika Anda ingin menemukannya sendiri, berikut adalah beberapa modul suhu tinggi yang dapat Anda hargai dan evaluasi. Ingat watt yang tercantum adalah daya yang dikonsumsi bukan daya yang dihasilkan. tetech.com

— ericnutsch
sumber