Generator termoelectric — convertirea căldurii de eşapament în energie electrică

Generator termoelectric - convertirea căldurii de eşapament în energie electrică

În Centrul de Nanotehnologii Birck doctorantul Facultăţii de Inginerie a Universităţii Purdue, Yaguo Wang, lucrează cu lasere de mare viteză. Obiectul principal al cercetărilor sale - generatorul termoelectric – dispozitiv, conceput pentru a converti căldura de eşapament a motorului în electricitate. În final utilizarea a astfel de dispozitive va reduce semnificativ consumul carburanţilor la autoturisme.

În activele proiectului - o subvenţie de trei ani de la Fundaţia Naţională Ştiinţifică şi Departamentul Energetic al SUA în valoare de 1,4 milioane de dolari. Potrivit Ksianfan Xu, profesor de inginerie mecanică, electrică şi ingineria computerelor la Universitatea Purdue, echipa dezvoltatorilor, de asemenea, colaborează activ cu General Motors. Chiar acum, compania dezvoltă un model, în care vor fi folosite generatoare termoelectrice.

Funcţia viitoare a generatorului termoelectric - producerea curentului electric pentru a reîncărca baterii şi alimenta sisteme electrice ale maşinii - nu e mult, dar suficient pentru a reduce sarcina motorului şi consumul de combustibil. Un prototip de astfel de dispozitiv, fiind instalat în sistemul de evacuare a motorului, chiar în spatele convertorului catalitic, va fi capabil să "colecteze" căldura gazelor de evacuare, care se ridică la 700 de grade Celsius sau 1300 de grade Fahrenheit.

Până în prezent, tehnologiile termoelectrice nu sunt capabile să reziste la căldura în interiorul convertorului catalitic, în care temperatura gazelor ajunge la 1000 de grade Celsius. Cercetătorii sunt conştienţi de faptul că acest lucru ar putea economisi mai mult combustibil şi continuă să lucreze asupra îmbunătăţirii tehnologiei şi dezvoltării termoelectricilor rezistente.

Începutul lucrărilor serioase este planificat pentru 1 ianuarie 2011. Primul prototip ar trebui să reducă consumul de combustibil cu 5 la sută, dispozitivele următoare, care vor putea funcţiona la temperaturi mai înalte, vor mări această cifră cu 10 la sută.

Pentru locul de cercetări a fost selectat Birck Centrul de Nanotehnologii la Discovery Park de la Universitatea Purdue. Din grupul de cercetare (condus de Xu Ksianfanom) fac parte următorii membri ai facultăţii de la Universitatea Purdue: Timothy Fisher, profesor la Facultatea de Inginerie, Stephen Heister, profesor la Facultatea de Aeronautică şi Astronautică, Timothy Sands, profesor  la Facultatea de Ştiinţe Tehnice Basil S. Turner, profesor la Facultatea de Ştiinţă a Materialelor, Inginerie Electrică şi Calculatoare, vicepreşedinte executiv şi prorector pentru probleme academice, şi Wu Yue, docent la Facultatea de Inginerie Chimică. Lucrările  preliminare sunt efectuate de studenţii Universităţii sub îndrumarea aceluiaşi profesor Xu.

Cercetătorii continuă să abordeze probleme de îmbunătăţire a eficienţei şi fiabilităţii sistemului, încearcă să găsească combinaţia optimă a materialelor, luând în consideraţie diferenţa de expansiune termică la încălzire, precum şi caută alte metode de extragere din gaze de evacuare cât mai multă cantitate de căldură.

Materialele termoelectrice generează electricitatea atunci când există o diferenţă de temperatură. "Din partea contactului cu gazele de eşapament materialul ar trebuie să fie cald şi din altă parte - rece, şi această diferenţă trebuie să fie astfel, încât curentul electric să fie produs în mod constant," - a spus Xu.  Colaborarea lui  cu  General Motors durează zece ani.

Astfel, cel mai important obiectiv al cercetărilor actuali - dezvoltarea materialelor, care ar putea conduce slab căldura. „Pentru producerea curentului electric continuu, avem nevoie de a menţine, în mod constant, această diferenţă de temperatură".

Deocamdată în lucrările sale General Motors foloseşte materialul termoelectric numit skutterudit - un mineral, format din arseniură, cobalt şi nichel sau fier. "Sarcina cea mai importantă pentru noi este proiectarea la nivel de sistem. Trebuie să facem astfel, încât gazele de eşapament ale motorului să reîntoarcă materialului cât mai multă căldură", - a relatat Ksianfan Xu. Pentru a reduce termoconductibilitatea  skutteruditului cercetătorii extind conţinutul lui cu elemente de pământ rare, de exemplu, lantan, cesiu, neodim, şi erbiu. Deoarece utilizarea acestor elemente de pământ rare este scumpă, oamenii de ştiinţă lucrează pentru a le înlocui cu aliaje din "mischmetals".

Toate aceste studii se bazează pe dezvoltări existente la Universitatea Purdue, cu participarea Fundaţiei Naţionale Ştiinţifice, Departamentului de Planificare a Cercetărilor Ştiinţifice de Apărare, Departamentului de Cercetare Ştiinţifică al Forţelor Aeriene şi Centrului pentru Tehnologie Avansată de la Universitatea de Rolls-Royce.

Potrivit dezvoltătorilor, în perspectivă tehnologiile termoelectrice pot fi utilizate în alte scopuri, cum ar fi conversia căldurii reziduale în energie electrică pentru case de locuit şi centralele electrice sau pentru producerea celulelor solare şi instalaţii de refrigerare semiconductoare de tip nou.

Sursa cu link pe www.physorg.com