Analysis of car waste heat recovery system utilizing thermoelectric generator

• Autorzy: Nemś A. , Simiński M. , Nemś M. , Magiera T.

Identyfikatory

DOI

10.24136/atest.2018.144

Warianty tytułu

PL

Analysis of car waste heat recovery system utilizing thermoelectric generator

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents a calculation algorithm for a thermoelectric generator fitted in the exhaust system of a combustion engine. The viability of the presented calculation method was verified on an actual combustion engine. The calculations were performed for a BMW engine, and the generator design was based on a prototype from the same manufacturer. The paper includes calculations of the thermal cycle and of the parameters of exhaust gases from the engine. Subsequent calculations cover heat transfer from exhaust gases to the thermoelectric module and the amount of electric energy obtained from a series of modules. In the last part, the focus is on the influence of engine speed on the performance of the thermoelectric generator.

PL

W pracy przedstawiono algorytm obliczeniowy generatora termoelektrycznego do zastosowania w układzie wydechowym silnika samochodowego. W celu sprawdzenia poprawności metody obliczeniowej pokazano jej przydatność na wybranym przykładzie silnika spalinowego. Do obliczeń wykorzystano silnik marki BMW, a konstrukcję generatora oparto o prototyp tej samej marki. Przeprowadzono obliczenia obiegu cieplnego i wyznaczono parametry spalin na wylocie z silnika. Następnie wykonano obliczenia przekazywania ciepła od spalin do modułu termoelektrycznego i wyznaczono energię elektryczną uzyskiwaną z szeregu modułów. W ostatniej części przedstawiono wpływ prędkości obrotowej silnika na parametry pracy generatora termoelektrycznego.

Słowa kluczowe

EN

car; thermoelectric generator; heat recovery; waste heat; exhaust system; engine

PL

samochód; generator termoelektryczny; odzysk ciepła; ciepło odpadowe; układ wydechowy; silnik spalinowy

• Wydawca: Instytut Naukowo-Wydawniczy "SPATIUM". sp. z o.o.
• Czasopismo: Autobusy : technika, eksploatacja, systemy transportowe
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 19, nr 6
• Strony: 619--626, CD
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., schem., wykr.

Twórcy

autor

Nemś A.

• Wroclaw University of Science and Technology, Faculty of Mechanical and Power Engineering, Poland

autor

Simiński M.

• Wroclaw University of Science and Technology, Faculty of Mechanical and Power Engineering, Poland

autor

Nemś M.

• Wroclaw University of Science and Technology, Faculty of Mechanical and Power Engineering, Poland

autor

Magiera T.

• Wroclaw University of Science and Technology, Faculty of Mechanical and Power Engineering, Poland

Bibliografia

• 1. R. Jakubowski, Jak oszczędzać prąd w samochodzie? [How to save electricity in the car?] http://mojafirma.infor.pl (access 06/17/2017).
• 2. The thermoelectric generator from BMW is making use of waste heat, BMW AG, MTZ 04/2009 vol. 70.
• 3. Koot M., Kessels, J.T.B.A., Energy management for vehicle power nets, de Jager, Bram, van den Bosch, P.P.J. Technische Universiteit Eindhoven, The Netherlands 2004.
• 4. J. G. Kassakian, Automotive electronics power up, IEEE Spectrum, Vol. 37, Issue: 5, 2000.
• 5. C. Sprouse III, C. Depcik, Review of organic Rankine cycles for internal combustion engine exhaust waste heat recovery, Applied Thermal Engineering 51 (2013) 711-722.
• 6. J. S. Jadhao, D. G. Thombare, Review on Exhaust Gas Heat Recovery for I.C. Engine, International Journal of Engineering and Innovative Technology (IJEIT) Volume 2, Issue 12, June 2013.
• 7. H. J. Goldsmid, Introduction to Thermoelectricity, Second Edition, Springer Series in Materials Science, DOI 10.1007/978-3-662-49256-7, 2016.
• 8. K.T. Wojciechowski, J. Merkisz, P. Fuc, J. Tomankiewicz, et al., Prototypical thermoelectric generator for waste heat conversion from combustion engines, Combustion Engines No. 3/2013 (154)
• 9. D. Champier, Thermoelectric generators: a review of applications, Energy Conversion and Management 140 (2017) 167–181.
• 10. J. A. Wajand, J. T. Wajand, Tłokowe silniki spalinowe średnio i szybkoobrotowe [Medium- and high-speed piston engines], Wy-dawnictwa Naukowo-Techniczne Warszawa, 2000.
• 11. A. Kowalewicz, Podstawy procesów spalania [Basics of combustion processes], Wydawnictwa Naukowo-Techniczne Warszawa 2000.
• 12. M. Gieras, Spalanie – wybrane zagadnienia w zadaniach [Burning - selected issues in tasks], Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2011.
• 13. http://www.customthermoelectric.com/powergen.html (access 06/17/2017).
• 14. P. Fuć, Badania termodynamiczne odzysku odpadowej energii gazów spalinowych z użyciem generatora TEG, raport końcowy projektu nr UMO-2011/01/B/ST8/07241 [Thermodynamic studies of waste gas energy recovery using a TEG generator, final report of the project no UMO-2011/01/B/ST8/07241], 2011–2012.
• 15. A. F. Ioffe, Semiconductor Thermoelements and Thermoelectric Cooling, Infosearch, London 1957.
• 16. K. Glück: Zustands- und Stoffwerte. Wasser. Dampf. Luft. Verbrennungsrechnung. Verlag für Bauwesen GmbH. Berlin, 1991.
• 17. A. Skoczylas, Przenoszenie ciepła [Heat transfer], Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1991.
• 18. J. Merkisz, P. Fuć, P. Lijewski, Waste energy recovery analysis of a diesel engine exhaust system, in: Heat Transfer XIII: Simulation and Experiments in Heat and Mass Transfer Simulation and Experiments in Heat and Mass, ed. B. Sundén, C.A. Brebbia, WIT Press, New Forest 2014.
• 19. K. Jeżowiecka-Kabsch, H. Szewczyk, Mechanika Płynów [Fluid mechanics], Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2001.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018)