Prototypical thermoelectric generator for waste heat conversion from combustion engines

• Autorzy: Wojciechowski K. T. , Merkisz J. , Fuć P. , Tomankiewicz J. , Zybała R. , Leszczyński J. , Lijewski P. , Nieroda P

Warianty tytułu

PL

Prototypowy generator termoelektryczny do konwersji odpadowej energii cieplnej z silników spalinowych

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The work presents experimental results of performance tests and theoretical calculations for the thermoelectric generator TEG fitted in the exhaust system of a 1.3 dm³ JTD engine. Benchmark studies were carried out to analyze the performance of the thermoelectric modules and total TEG efficiency. Additionally the investigation of combustion engine’s power drop casued by exhaust gases flow resistance is presented. The detailed studies were performed using a new prototype of the thermoelectric generator TEG equipped with 24 BiTe/SbTe modules with the total nominal power of 168 W. The prototypical device generates maximal power of 200 W for the exhaus gases mass flow rate of 170 kg·h^–1 and temperature of 280°C. Power drop caused by the flow resistance of gases ranges between 15 and 35 mbar for mass flow rate 100–180 kg·h^–1. We predict that the application of the new thermoelectric materials recently developed at AGH would increase the TEG power by up to 1 kW, would allow the increase of the powertrain system efficiency by about 5%, and a corresponding reduction of CO₂ emission.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych i obliczeń teoretycznych dla generatora termoelektrycznego TEG zaimplementowanego w układzie wylotowym silnika 1,3 JTD. Badania przeprowadzono w celu analizy sprawności modułów termoelektrycznych oraz całkowitej sprawności generatora TEG. Dodatkowo w pracy zaprezentowano badania strat mocy silnika spowodowane oporem przepływu gazów wylotowych. Szczegółowe badania przeprowadzono przy użyciu nowego prototypu generatora termoelektrycznego TEG wyposażonego w 24 moduły BiTe/SbTe o łącznej mocy 168 W. Badany generator wytwarza moc maksymalną 200 W przy temperaturze 280°C i masowym natężeniu przepływu gazów wylotowych 170 kg·h^–1. Wymiennik ciepła generatora TEG wywołuje opory przepływu gazów w zakresie 15–35 mbar dla natężeń przepływu 100–180 kg·h^–1. Przewidywane jest również zastosowanie opracowanych na AGH nowych materiałów termoelektrycznych, które umożliwiłoby zwiększenie mocy generatora do 1 kW, podniesienie całkowitej sprawności układu napędowego o ok. 5% i odpowiednie zmniejszenie emisji CO₂.

Słowa kluczowe

EN

waste heat recovery; thermoelectric generator; thermoelectric module; energy conversion

PL

odzysk ciepła odpadowego; generator termoelektryczny; moduł termoelektryczny; konwersja energii

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Combustion Engines
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 52, nr 3
• Strony: 60--71
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., fot., rys., tab.

Twórcy

autor

Wojciechowski K. T.

• Faculty of Materials Science and Ceramics at AGH University of Science and Technology

autor

Merkisz J.

• Institute of Combustion Engines and Transport at Poznan University of Technology

autor

Fuć P.

• Institute of Combustion Engines and Transport at Poznan University of Technology

autor

Tomankiewicz J.

• Faculty of Materials Science and Ceramics at AGH University of Science and Technology

autor

Zybała R.

• Faculty of Materials Science and Ceramics at AGH University of Science and Technology

autor

Leszczyński J.

• Faculty of Materials Science and Ceramics at AGH University of Science and Technology

autor

Lijewski P.

• Institute of Combustion Engines and Transport at Poznan University of Technology

autor

Nieroda P

• Faculty of Materials Science and Ceramics at AGH University of Science and Technology

Bibliografia

• [1] Vazaquez J., Zanz-Bobi M. A, Palacios R., Arenas A.: State of the art of thermoelectric generators based on heat recovered from the exhaust gases of automobiles. Proc. of 7th European Workshop on Thermoelectrics, Pamplona, Spain, 2002.
• [2] Birkholz U., et al.: Conversion of waste exhaust heat in automobile using FeSi2 thermoelements. Proc. 7th International Conference on Thermoelectric Energy Conversion, Arlington, USA, pp.124-128, 1988.
• [3] Wojciechowski K.T., Schmidt M., Zybala R., Merkisz J., Fuć P., Lijewski P.: Comparison of waste heat recovery from the exhaust of a spark ignition and a diesel engine. Journal of Electronic Materials, Volume 39, Issue 9, pp.2034, 2010.
• [4] Bass, J., Elsner, N. B. and Leavitt, A.: Performance of the 1 kW thermoelectric generator for diesel engines. Proc. 13th Int. Conf. Thermoelectrics B, Mathiprakisam, edn., AIP Conf. Proc., New York, No. 295, 1995.
• [5] Wojciechowski K. T., Zybala R., Tomankiewicz J., Fuc P., Lijewski P., Wojciechowski J., Merkisz J.: Influence of back pressure on net efficiency of TEG generator mounted in the exhaust system of a diesel engine. Thermoelectrics Goes Automotive II (Thermoelectrics III), expert verlag, Germany, pp. 177-188, 2013.
• [6] Wojciechowski K. T., Zybala R., Leszczynski J., Nieroda P., Schmidt M., Gajerski R., Aleksandrowa S.: Performance characterization of high-efficiency segmented Bi2Te3/CoSb3 unicouples for thermoelectric generators. AIP Conf. Proc. Series 1449, Melville, New York, pp. 467-470, 2012.