Энергия не вылетит в трубу

Погоня за топливной эффективностью и экономичностью современных автомобилей заставляет разработчиков обращать внимание даже на такие «мелочи», как тепло выхлопных газов. По подсчетам специалистов, использование этой теплоты может сократить расход топлива на 5-10%.

Yaguo Wang, докторант кафедры машиностроения, работает на лазерной установке для исследования термоэлектрических генераторов.

Исследователи из Университета Пердью совместно с General Motors разрабатывают прототип системы, которая позволит снизить расход топлива автомобиля при помощи термоэлектрических генераторов (ТЭГ).

ТЭГ будет использоваться для зарядки аккумулятора и питания электрических систем автомобиля, что позволит снизить нагрузку на двигатель и повысить топливную эффективность.

Прототип устройства будет установлен в выхлопной системе автомобиля позади каталитического конвертера, чтобы перерабатывать в электричество тепловую энергию газов, температура которых достигает 700°С. Существующие технологии термоэлектрического преобразования не позволяют создать генераторы, способные выдерживать температуры внутри каталитических конвертеров (около 1000°С), однако исследователи работают над созданием подобных устройств, которые могут обеспечить бОльшую экономию топлива.

Первый прототип должен обеспечить 5%-ное сокращение расхода топлива, а его высокотемпературные аналоги смогут увеличить этот показатель до 10%.

Термоэлектрический материал находится на нескольких чипах, конфигурация которых различается в зависимости от места установки. Они оптимизированы для работы при различных температурах, которые меняются по ходу газа в выхлопной системе.

Термоэлектрические материалы генерируют ток за счет разницы температур. Если одной стороной такой материал примыкает к нагретой выхлопными газами поверхности, а другая сторона остается прохладной – этой разницы температур достаточно для производства электроэнергии. Одна из основных целей проекта – получить термоэлектрический материал с крайне низкой теплопроводностью для поддержания необходимой разницы температур на протяжении длительного времени.

Исследователи из General Motors используют ТЭГ на основе скуттерудита (арсенидов кобальта и никеля) с примесями железа. Самая большая проблема, по словам ученых – оптимизировать систему таким образом, чтобы извлечь из выхлопных газов максимум тепла. Редкоземельные элементы (РЗЭ), такие как лантан, цезий, неодим и эрбий, уменьшают теплопроводность скуттерудита. Поскольку использование чистых РЗЭ обходится недешево, исследователи стремятся заменить из сплавом, называемым «мишметалл».

Если о совместной разработке General Motors и Университета Пердью пока что говорят в будущем времени, то использование термоэлектрогенератора для повышения эффективности «походной кухни» (и не только) уже доступно всем желающим. Читайте о печке 21 века – «Мобильник на дровах».