Коржуєв М.А., Свечнікова Т.Е. Термодинамічні обмеження корисної потужності автомобільних термоелектричних генераторів і перспективи їх використання на транспорті

PDF

Повне видання (PDF)

Коржуєв М.А.
Інститут металургії й матеріалознавства ім. О.О. Байкова РАН, Ленінський проспект, 49, Москва 119991, Російська Федерація

Свечнікова Т.Е.
Інститут металургії й матеріалознавства ім. О.О. Байкова РАН, Ленінський проспект, 49, Москва 119991, Російська Федерація

Ключові слова: термоелектрика, автомобілі, рекуперація теплових втрат.

Анотація: Аналізуються експериментальні характеристики автомобільних термоелектричних генераторів (АТЕГ), установлених на вихлопну трубу (ВТ) автомобіля. Показано, що низькі корисні потужності We= 0.2- 0.6 кВт і неефективність рекуперації теплових втрат (РТВ) автомобіля за допомогою АТЕГ (загальний виграш у потужності автомобіля Δ W ~ 0) пов’язані із труднощами теплообміну на границі «вихлопні гази (ВГ)/ АТЕГ». У результаті питома потужність АТЕГ виявляється низькою Ŵ̃АТЕГ=We/mАТЕГ~ 20- 30 Вт/кг (тут mАТЕГ – маса АТЕГ), що пояснюється в роботі в рамках теорії О.С.Охотіна, що враховує високі теплові опори теплообмінників АТЕГ. Показано, що використання для розрахунків АТЕГ теорії А.Ф.Іоффе, яка не враховує теплових опорів теплообмінників, дає завищені оцінки We,, ΔW, Ŵ̃ АТЕГ і ККД ηАТЕГ, а також невірний прогноз оптимальної ширини забороненої зони Eg опт матеріалів віток. Показано, що перспективи використання АТЕГ великої потужності в автомобілях у цей час істотно обмежені. Обговорюються можливості поліпшення характеристик АТЕГ.

Література

  1. Vining C.B. The Limited Role for Thermoelectrics in Climate Crisis // J. Thermoelectricity. 2008. – №4. – P.7-19.
  2. Техническая термодинамика. / В.А. Кириллин, В.В. Сычев, А.В. Шейндлин М.: Энергия. 448 с.
  3. Saqr K.M., Mansour M.K., Musa N.N., Thermal Design of Automobile Exhaust-based Thermoelectric Generator Objectivities and Challenges // International Journal of Automotive Technology. 2008. V.9. № 2..P.155- 160.
  4. Rove D.M., Smith J., Thomas G., and Min G. Weight Penalty Incurred in Thermoelectric Recovery of Automobile Exhaust Heat // J. Electronic Materials. 2011. – V.40. – № 5. – P.784- 788.
  5. Lieb J., Neugebauer S., Eger A., Linde M., Masar B., Stűtz W. The Thermoelectric Generator
    from BMW is Making Use of Waste Heat // MTZ. 2009. – V.70. – №4. – P. 4- 11.
  6. Eger A., Linde M. The BMW Group. Roadmap for the Application of Thermoelectric Generators.
    San Diego. 2011. – 23 p.
  7. Kajikawa T. Advanced Thermoelectric Power Generation in Japan // J. Thermoelectrisity. 2011. –
    №3 – P. 5- 18.
  8. Espinosa N., Lazard M., Aixala L., Scherrer H. Modeling Thermoelectric Generator Applied to
    Diesel Automotive Heat Recovery // J. Electronic Materials. – 2010. – V.39.- №9.- P.1446-1455.
  9. Anatychuk L.I., Luste O.J., and Kuz R.V. Theoretical and Experimental Study of Thermoelectric
    Generators for Vehicles // J. Electronic Materials. – 2011.- V.40. – № 5. – P.1326-1331.
  10. Fairbanks J. W., Development of automotive thermoelectric generators and air conditioner/heaters
    // Proceedings of XIV International Forum on Thermoelectricity, Moscow 17- 20.05.2011,
    Report 1.1 [On line: http://forum.inst.cv.ua/ ].
  11. Термоэлектричний генератор для бензинового двигателя. / Л.И. Анатычук, Р.В. Кузь,
    Ю.Ю. Розвер // Термоэлектричество. – 2012. – №2. –С.81 –-94.
  12. Файнзильбер Э. М. Использование тепла отработавших газов двигателей в термоэлектрическом генераторе для питания элементов электрооборудования автомобилей / Э.М. Файнзильбер, Л.М. Драбкин // Автомобильная промышленность. – 1966. – №7 – С.9 – 10.
  13. Коржуев М.А. Некотрые узкие места автомобильных термоэлектрических генераторов и
    поиск новых материалов для их устранения / М.А. Коржуев, Ю.В. Гранаткина // Термоэлектричество. – 2012. – №1. – С.81 – 94.
  14. Коржуев М.А. О конфликте двигателей внутреннего сгорания и термоэлектрических
    генераторов при рекуперации тепловых потерь в автомобилях / М.А. Коржуев // Письма в
    ЖТФ.- 2011. – Т.37. – №4. – С.8 – 15.
  15. Korzhuev M.A., Katin I.V. On the Placement of Thermoelectric Generators in Automobiles //
    Journal of Electronic Materials. 2010. – V.39. – №9. – P. 1390-1394.
  16. Korzhuev M.A., Katin I.V. Reduced life time of the vehicles by installation thermoelectric
    generator on exhaust pipe of the internal combustion engine // Chaos and Structures in Nonlinear
    Systems. Theory and Experiment. Karaganda: E.A.Buketov State University. – 2012. – P. 250 – 254.
  17. Коржуев М.А., Катин И.В. Возможные экономические последствия для термоэлектрической автомобильной отраслей, связанные с началом массового производства автомобильных термоэлектрических генераторов. // Термоэлектрики и их приминения. Под ред. М.И. Федорова, Л.Н. Лукьяновой. Спб.: Rep.68p Korjuev. [Online] http:// www.ioffe.ru/Thermolab
  18. Коржуев М.А. Некоторые особенности автомобильных термоэлектрических генераторов
    (АТЭГ), а также перспективы их использования на транспорте. / М.А. Коржуев., И.В. Катин
    // Термоэлектрики и их приминения. Под ред. М.И. Федорова, Л.Н. Лукьяновой. Спб.:
    Rep.67p Korjuev. [Online] http:// www.ioffe.ru/Thermolab
  19. Иоффе А.Ф. Полупроводниковые термоэлементы. / А.Ф. Иоффе М-Л: Изд-во АН СССР. 104 C.
  20. Термоэлектрические генераторы. / А.С. Охотин, А.А.Ефремов, В.С. Охотин [и др.] М.:
    Атомиздат. 1976. 320 с.
  21. Поздняков Б. СТермоэлектрическая энергетика. / Б.С. Поздняков, Е.А. Коптелов М., Атомиздат. 1974 . 264 с.
  22. Котырло Г.К.Расчет и конструирование термоэлектрических генераторов и тепловых насосов. / Г.К. Котырло, Ю.Н. Лобунец // Киев: Наукова Думка. 1980. 328 с.
  23. Исаченко Г.Н., Зайцев В.К., Федоров М.И., Гуриева Е.А., Константинов П.П. Термоэлектрические свойства твердых растворов между соединениями Mg2X (X= Si, Ge, Sn) p- типа // Термоэлектрики и их применения. Под ред. М.В.Ведерникова, Л.Н.Лукьяновой. СПб.: ПИЯФ. – 2010. – С. 99- 102.
  24. Snyder G. J. Thermoelectric Power Generators. Efficiency and Compatibility // In: Thermoelectric
    Handbook. Macro to Nano. Ed: D.M.Rowe. CRC Press. Taylor & Francis.: Boca Rato, London, N.Y. 2006. P. 9.1 – 9.26.
  25. Anatychuk L.I. Thermoelectricity. V. 2. Thermoelectric power converters. – Kyiv, Chernivtsi:
    Institute of Thermoelectricity. – 2003. – 376 p.
  26. Плеханов С.Н., Новиков В.Э., Тереков А.Я. Термоэлектричеству в России – 250 лет. //
    Термоэлектрики и их приминения. Под ред. Plehanov. Спб.: Rep.19p Korjuev. [Online] http://
    www.ioffe.ru/Thermolab
  27. Академия наук СССР. Персональный состав (1724- 1917). Книга 1 – М., Наука, 1974. – 480 с.
  28. Gliozzi M. Storia della fisica. Torino: Italy. – 1965. – 464 p.
  29. Cвечникова Т.E., Нихезина И.Ю., Коржуев М.А. Термоэлектрические свойства кристаллов
    n-Bi2Te2.7Se0.3 // Неорганические материалы. – 2011. – Т.47. – №12. – С. 1314–1318.
  30. Nolas G.S., Sharp J., Goldsmid H.J. Thermoelectrics. Basic Principles and New Materials
    Developments. Berlin, Heidelberg, N.Y.: Springer. – 2001.- 293 c.
  31. Sootsman J.R., Chung D.Y., Kanatzidis M.G. New and Old Concept in Thermoelectric Materials
    // Angew. Chem. Int. Ed. – 2009. – V.48 – P.8616 –8639/
  32. Fedorov M.I. Band structure parameters influence on the thermoelectric figure of merit // Proc. 5-
    th European Conf. on Thermoelectrics. Ukraina. Odessa: Thermion Comp. – 2007. – P.35- 40.

Надійшла до редакції 20.03.2013