Выше КПД: выхлопные газы автомобилей и вертолётов превратили в термоэлектрическую энергию

Двигатели внутреннего сгорания, которые используются в автомобилях с бензиновым двигателем, используют около четверти потенциальной энергии топлива, а остальное теряется в виде тепла с выхлопными газами.


В системах рекуперации (повторного использования) тепла, называемых термоэлектрическими системами, обычно использовали полупроводниковые материалы для преобразования тепла в электричество за счёт разницы температур. Однако многие ранее созданные конструкции термоэлектрических устройств оказывались слишком массивными, сложными и требовали дополнительного охлаждения водой. Охлаждение было необходимо для поддержания определённой разницы температур.

Исследователи из штата Пенсильвания представили свой прототип термоэлектрической генераторной системы. Специалисты под руководством Венджи Ли и Беда Пуделя разработали компактную термоэлектрическую генераторную систему для эффективного преобразования в энергию отработанного тепла высокоскоростных автомобилей, вертолётов, и беспилотных летательных аппаратов и других транспортных средств. Техническая новинка может снизить расход топлива и выбросы углекислого газа.



Инженеры собрали и протестировали систему рекуперации отработанного тепла, которая крепится к выхлопной трубе автомобиля и преобразует тепло выхлопных газов в энергию. Продольные канавки на внешней стороне трубы — это холодная сторона радиатора устройства, а треугольные компоненты внутри трубы — пластинчато-ребристые теплообменники.

Новый термоэлектрический генератор содержит полупроводник из висмут-теллурида и использует теплообменники вроде тех, что используют в кондиционерах, для улавливания тепла из выхлопных труб автомобилей. Изобретатели также включили в конструкцию радиатор, то есть элемент, регулирующий температуру.

Радиатор значительно увеличивает разницу температур, что напрямую влияет на выходную мощность системы. Изготовленный физический прототип обеспечил выходную мощность 40 Вт, то есть достаточную для питания электролампочки. Испытания показали, что высокая скорость воздушного потока, как в выхлопных трубах, повышает эффективность, увеличивая выходную мощность системы.

Метод утилизации тепла доказал высокую универсальность. При скорости выхлопа, как у автомобиля, система вырабатывала до 56 Вт, а при скорости выхлопа, характерной для вертолёта, — до 146 Вт, что эквивалентно соответственно пяти и двенадцати литий-ионным аккумуляторам.

Исследователи говорят, что собранный ими практичный концепт можно вмонтировать в уже существующие выхлопные узлы тех же автомашин без необходимости в дополнительных системах охлаждения.

С растущим спросом на экологически чистые источники энергии, добавили изобретатели, их детище вполне перспективно для оснащения высокоскоростного транспорта.