Nghiên cứu sử dụng nguồn nhiệt từ khí xả động cơ để phát ra điện

Hiện nay, trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu nhằm tái sử dụng nguồn nhiệt từ khí xả động cơ.Nếu năng lượng nhiệt thải này được khai thác và chuyển đổi thành năng lượng s

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỔ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYÊN VĂN HĨU

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NGUỒN NHIỆT TỪ KHÍ XẢ

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS HỒNG ĐỨC THÔNG

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS.NGUYẺN NGỌC DŨNG

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS NGUYỄN VĂN TRẠNG

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh ngày 28 tháng 7 năm 2016

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 Chủ Tịch: TS Nguyễn Lê Duy Khải

2 Uỷ Viên: TS.Trần Hữu Nhân

3 Thư ký: TS.Nguyễn Tuấn Anh

4 Phản biện 1: TS Nguyễn Ngọc Dũng

5 Phản biện 2: TS Nguyễn Văn Trạng

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRUỞNG KHOA

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập-Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: KT Ô tô, Máy kéo

Mã ngành: 60 52 35

1 TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu sử dụng nguồn nhiệt từ khí xả động cơ để phát ra điện

2 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết hiệu ứng nhiệt điện của Seebeck để từ đó nghiên cứu phương án ứng dụng trên xe gắn máy

- Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống thí nghiệm phục vụ cho việc nghiên cứu thực nghiệm các đặc tính của bộ chuyển đổi nhiệt điện (TEG) lấy nhiệt từ khí thải xe gắn máy

- Nghiên cứu ảnh hưởng AT, nhiệt độ nguồn nóng Th và nhiệt độ nguồn lạnh Tc đến tính năng điện thế, dòng điện và công suất phát ra của thiết bị nhiệt điện Từ kết quả thu được đưa ra các kết luận và định hướng cho các nghiên cứu tiếp theo

3 NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

4 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ

5 HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS HỒNG ĐỨC THÔNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

LỜI CẢM ƠN

Xỉn chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm và các thầy, cô Khoa Kỹ Thuật Giao Thông đã truyền đạt cho tôi những kiến thức bổ ích trong suốt 3 năm học tại trường Đại học Bách Khoa

Thành phố Hồ Chí Minh

Xỉn chân thành cảm ơn nhóm bạn sinh viên trường Đại học Bách Khoa đã sát cánh cùng

tôi tiến hành nghiên cứu thực nghiêm trong suốt thời gian tôi làm Luận văn

Xin gởi lời tri ân đến TS Hồng Đức Thông - người thầy đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn

thành tốt Luận văn này

Xin chân thành cảm ơn các Thầy phản biện đã dành thời gian và công sức để đọc và góp ý kiến quý báu giúp em hoàn thiện nội dung của luận văn

Và sau cùng là Cha mẹ - bậc sinh thành đã luôn âm thầm lặng lẽ theo dõi từng bước chân

tôi đi trên mỗi chặng đường Xin gởi đến cha mẹ sự tôn kính cùng những tình cảm thương yêu nhất

Nguyễn Văn IIĩu

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

TÓM TẮT

Trong một động cơ đốt trong; hiệu suất động cơ là khoảng 30%, khoảng 30% năng lượng nhiên liệu làlãng phí trong khí thải, 30% cho nước làm mát và 10%là tổn thất do ma sát Hiện nay, trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu nhằm tái sử dụng nguồn nhiệt từ khí xả động cơ.Nếu năng lượng nhiệt thải này được khai thác và chuyển đổi thành năng lượng sử dụng thì tổng thểhiệu quả của một động cơ có thể được cải thiện

Đề tài “Nghiên cứu sử dụng nguồn nhiệt từ khí thải động cơ để phát ra điện” ứng dụng

công nghệ nhiệt điện để chế tạo máy phát nhiệt điện; đó là thiết bị công nghệ TEG được sử dụng để chuyển đổi năng lượng nhiệt từ khí xả thành năng lượng điệnvà hoạt động dựa trên hiệu ứng nhiệt điện của Seebeck Hệ thống máy phát nhiệt điện được thiết kế, chế tạo dạng mô hình và thực nghiêm trên xe máy sirius (2008) Kết quả thực nghiêm, ở chế độ tải một người với tốc độ xe 40km/h máy phát thu hồi được công suất 2.2W ở mức điện áp ổn định 14V; ở chế độ hai người, với tốc độ xe 40km/h máy phát thu hồi được công suất 2.75W ở mức điện áp ổn định 14V được sử dụng để kết nối với hệ thống điện trên xe; đồng thời, hệ thống thu hồi nhiệt giảm bớt nhiệt từ khí xả gần 50°C Tuy nhiên, vì quá trình nghiên cứu có giới hạn nên đề tài chỉ chế tạo hệ thống máy phát nhiệt điện với công suất không lớn, chưa thu hồi hết tiềm năng của nhiệt thải Đề tài chưa nghiên cứu sâu

về quá trình tuyền nhiệt và trao đổi nhiệt Nhưng thành công ban đầu của nghiên cứu này là tiền đề quan trọng cho quá trình nghiên cứu thu hồi nhiệt trên xe máy, góp phần giảm tiêu hao nhiên liệu

và giảm ô nhiễm môi trường

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

ABSTRACT

A combustion engine usually has power efficiency about 30% 30% of input fuel energy go waste in exhaust gas, 30% go waste in cooling water system and 10% is lost by friction

Currently, the world has a lot of work to reuse heat source from the engine’s exhaust gases

If this waste energy is exploited and converted into energy, the overall efficiency of an combustion engine can be improved

The theme "Research funded from engine exhaust heat to generate electricity" applicates thermalelectric technology to build a thermoelectric generator; TEG - or Thermal Electric Generator

- is used to convert the heat energy from the exhaust gases into electrical energy and based on the Seebeck thermoelectric effect Thermoelectric generator system is designed, manufactured and experimented on motorcycles Sirius (2008) The experimental results, one-person load mode with a

vehicle speed of 40km I h, the generator power recovered 2.2W at 14V voltage stability; two-person load mode, the vehicle speed is 40 km I h, the generator power recovered 2.75W at 14V voltage

stability The generator is connected to the electrical systems on the bike; also, heat recovery system reduces exhaust temperature down close to 50°C

However, because the study is limited to fabricate a thermoelectric generator system with humble capacity The system didn’t fully recover waste heat potential It’s not a research topic of heat and heat exchanging process But the initial success of this study is an important premise for the researching of heat recovery on motorcycles, contribute to reduce fuel consumption and envfronmental pollution

Tôi xỉn cam đoan luận văn “Nghiên cứu sử dụng nguồn nhiệt từ khí thải động cơ đốt

trong để tạo ra điện” là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của TS Hồng Đức Thông

Các số liệu và tài liệu sử dụng trong luận văn này đều trung thực và có nguồn gốc xuất xứ

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

rõ ràng Kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn chưa từng được công bố tại bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác

TP HCM, ngày 25 tháng 7 năm 2016

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Hĩu

MỤC LỤC

Chương 1: TỔNG QUAN 1

1

Lý do chọn đề tài 1

2 Tổng quan các công trình nghiên cứu 2

3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 8

4 Mục tiêu nghiên cứu 8

5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 9

6 Phương pháp nghiên cứu 9

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10

2.1

.Hiện tượng và hiệu ứng nhiệt điện 10

2.2 Lý thuyết truyền nhiệt 13

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

2.3 Thiết bị nhiệt điện bán dẫn 15

2.4 Xây dựng mô hình toán Mô đun TEG 19

2.5 Đánh giá khả năng ứng dụng của TEG trong thu hồi nhiệt khí xả 21

Chương 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY PHÁT NHIỆT ĐIỆN KIỂU NHIỆT ĐIỆN 24

3.1

.Thiết kế phần cơ khí 24

3.1.1 Bộ thu hồi nhiệt khói thải 24

3.1.2 Bộ phận tản nhiệt cho thiết bị nhiệt điện TEG 25

3.1.3 Bộ chuyển đổi nhiệt điện TEG 26

3.1.4 Mô hình hệ thống máy phát nhiệt điện 27

3.2 Xây dựng mô hình toán máy phát nhiệt điện 30

3.3

Thiết kế hệ thống kiểm soát máy phát nhiệt 33

3.3.1 T hiết kế bộ ổn định điện áp DC-DC 33

3.3.2 T hiết kế hệ thống thu thập dữ liệu của máy phát 36

Chương 4: THựC NGHIỆM HỆ THỐNG MÁY PHÁT NHIỆT ĐIỆN 44

1 Mục tiêu thực nghiệm 44

2 Thiết bị sử dụng quá trình thực nghiêm 44

3 Mô tả thực nghiệm 46

4 Kết quả Thực nghiệm 50

4.1 Thực nghiệm thông số các cảm biến nhiệt độ 50

4.2 Thực nghiệm hệ thống ổn định điện áp DC-DC 52

4.3 Thực nghiệm các thông số máy phát nhiệt điện 52

4.4 Kết luận thực nghiệm 62

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT HƯỚNG PHÁT TRIỂN 63

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

1

Kết luận 63

2 Những vấn đề còn tồn tại 63

3 Đề xuất hướng phát triển 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU

Hình 1.1: Hiệu suất của động cơ đốt trong 2

Hình 1.2: Máy phát nhiệt điện xe máydự án do Giáo sư Y Nishino 3

Hình 1.3: Máy phát nhiệt điện của Gregory p Meisner 4

Hình 1.4: Máy phát nhiệt điện của Liu 4

Hình 1.5: Máy phát nhiệt điện sử dụng TEG của Trường Đại Học Ấn Độ 7

Hình 2.1: Hiệu ứng seebeck 10

Hình 2.2: Mô hình hiệu ứng Peltier 11

Hình 2.3: Mô hình hiệu ứng Thomson 12

Hình 2.4 : Mô tả dẫn nhiệt qua vách phẳng 14

Hình 2.5 : Truyền nhiệt đối lưu giữa bề mặt kim loại và không khí 15

Hình 2.6: Thiết bị TEG 16

Hình 2.7: Thiết bị TEC 16

Hình 2.8: Hình mô dun TEG SP1848-27145SA 16

Hình 2.9: cấu tạo bên trong TEG 18

Hình 2.10: Mô hình hoạt động của modun TEG 18

Hình 2.11: Mô hình toán học của modun TEG 19

Hình 2.12: Đồ thị ƯLtheo nhiệt độ 21

Hình 2.13: Đồ thị ILtheo nhiệt độ 22

Hình 2.14: Đặc tuyến PLtheo nhiệt độ 22

Hình 3.1: Bộ thu hồi nhiệt khói xả động cơ 24

Hình 3.2: Mô hình thực tế bộ thu nhiệt khí thải 25

Hình 3.3 Bộ phận cung cấp nhiệt 25

Hình 3.4: Kết cấu bộ phận tản nhiệt 26

Hình 3.5: Hình dạng thực tế cánh tản nhiệt 27

Hình 3.6: Các mô dun TEG mắc nối tiếp với nhau 28

Hình 3.7: Các modun TEG ghép nối tiếp với nhau 28

Hình 3.8: Mô hình máy phát nhiệt điện 29

Hình 3.9: Mô hình thực tế máy phát nhiệt điện 30

Hình 3.10: Mô hình máy phát nhiệt điện 30

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

Hình 3.11: Đồ thị điện áp và công suất theo AT 33

Hình 3.12: Các bộ biến đổi DC-DC 34

Hình 3.14 : Sơ đồ mạch điện chuyển đổi DC- DC 35

Hình 3.13: Mạch boost converter 34

Hình 3.15: Board mạch chuyển đổi điện áp công suất 36

Hình 3.16 Sơ đồ thu thập dữ liệu 36

Hình 3.17 Bộ xử lý dữ liệu 37

Hình 3.18: Module NRF24L01 + PA LNA 24Ghz 37

Hình 3.19 Cảm biến wzp-ptioo 38

Hình 3.20: Vi điều khiển Atmega32 38

Hình 3.21: Mạch cung cấp nguồn cho bộ xử lý dữ liệu 39

Hình 3.22: Mạch đo nhiệt độ 39

Hình 3.23: Khối mạch đo dòng và áp 40

Hình 3.24: Khối kết nối atmega - LCD - ƯART 41

Hình 3.25 :BỘ nhận tín hiệu 42

Hình 3.26: ƯSB-ƯART 42

Hình 3.27: Sơ đồ mạch kết nối NRF24L01 và ƯSB-ƯART 43

Hình 4.1: Thử nghiệm hệ thống máy phát nhiệt điện 45

Hình 4.2: Sơ đồ thực nghiệm máy phát nhiệt điện 46

Hình 4.3 Vị trí cảm biến nhiệt độ khí xả vào 48

Hình 4.4 Vị trí cảm biến nhiệt độ khí xả ra 48

Hình 4.5: Vị trí cảm biến nhiệt độ mặt nóng TEG 49

Hình 4.6: Vị trí cảm biến nhiệt độ mặt nóng TEG 49

Hình 4.7: Đồ thị các nhiệt độ trường hợp xe tải 1 người 50

Hình 4.8: Đồ thị các nhiệt độ trường hợp xe tải 2 người 51

Hình 4.9: Đồ thị điện áp chuyển đổi DC-DC 52

Hình 4.10 : Đặc tuyến máy phát chế độ 1 53

Hình 4.10: Đồ thị đặc tuyến máy phát chế độ 2 54

Hình 4.11: Đồ thị đặc tuyến máy phát chế độ 3 55

Hình 4.12: Đồ thị đặc tuyến máy phát chế độ 4 56

Hình 4.14: Đồ thị đặc tuyến công suất máy phát của 4 chế độ 57

Hình 4.15: Đồ thị thông số nhiệt độ máy phát ở chế độ 55km/h 58

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

Hình 4.16: Đồ thị thông số máy phát ở chế độ 55km/h 59

Hình 4.17: Pô xe làm kín bởi vải amiang 60

Hình 4.18: Chế độ bao bọc pô xe bởi amiăng 61

Hình 4.19: Các thông số máy phát chế độ bao bọc pô xe bởi amiăng 62

Bảng 1.1: Kết quả thử nghiệm TEG trên động cơ Toyota 7KE 6

Bảng 1.2: Thông số máy phát nhiệt điện 6

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của TEG-SP1848-27145SA 21

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

cả nước trên 37 triệu xe (vượt qua 36 triệu xe như trong quy hoạch đến năm 2020) Các xe máy, xe

ô tô hiện nay đều sử dụng động cơ nhiệt; nhưng năng lượng nhiệt có ích (công có ích) từ động cơ đốt trong rất nhỏ so với lượng nhiên liệu tiêu thụ do phần lớn năng lượng theo khí xả thoát ra ngoài dưới dạng nhiệt Để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, hiệu quả kinh tế, chúng ta phải thu hồi

sử dụng nguồn nhiệt phát thải bằng cách chuyển đổi nhiệt từ khí thải thành điện năng, mang lại hiệu quả kinh tế

Trên cơ sở đó, với mong muốn nghiên cứu tận dụng một phần nguồn nhiệt thải từ động cơ xe máy để tạo ra điện năng phục vụ cho những bộ phận khác trên động cơ xe như bình ắc quy và cung

cấp nguồn điện cho các thiết bị điện trên động cơ xe máy, tác giả quyết định chọn đề tài: “Nghiên

cứu sử dụng nguồn nhiệt từ khí thải động cơ đốt trong để phát ra điện” để làm Luận văn tốt

nghiệp Thạc sĩ Ngành Ô tô máy kéo

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

1.2 Tổng quan các công trình nghiên cứu

- Ngày nay,ô tô, xe máy là phương tiện quan trọng nhất của giao thông vận tải, nhiệt theo

khói thải từ động cơ các xe xả ra ngoài môi trường theo nghiên cứu chiếm tới 40% [1],

Hình 1.1: Hiệu suất của động cơ đốt trong

Trong đó, việc ứng dụng hiệu ứng nhiệt điện của nhà vật lý Thomas Seebeck (1770-1831) [2] thu hồi nhiệt từ khí xả để tạo ra điện gọi là máy phát nhiệt điện (thermoelectric generator gọi tắt là TEG) được coi là một tiềm năng trong tương lai vì nó không có bộ phận chuyển động cho nên không cần phải bảo ừì, thu hồi nhiệt thải ở bất kỳ hệ thống nào Hiệu quả tái sử dụng nhiệt thải từ ô tô, xe máy không chỉ nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn năng lượng hiện có, mà còn có thể làm giảm lượng khí thải và cải thiện môi trường Mặc dù hiệu suất chuyển đổi của TEG thấp hơn nhiều so với thiết bị điện thông thường nhưng công nghệ nhiệt điện bán dẫn vẫn nhận được nhiều sự chú ý trên toàn thế giới

- Birkholz (năm 1980)[3] lần đầu tiên áp dụng một modun TEG FeSi2 ừên một chiếc xe ô tô và sản xuất thành công 1W điện Đen cuối những năm 1990,

40%

Khí xã

■■ ị

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

Nissan Motors[4] công bố kết quả của hệ thống TEG vật liệu nhiệt điện silicongermanium (SiGe), sử dụng 72 modun TEG thu được 35,6 w trong điều kiện thử nghiệm chạy của một động cơ xăng 3,0 lít với chế độ leo đồi tại 60,0 km/h Dự án AETEG (năm 2004)[5J của Đại học Clarkson và một số công

ty như Delphi Harrison, GM Division Powertrain và Hi-Z Technology được tiến hành;mục đích của

dự án nhằm áp dụng máy phát nhiệt điện trên một chiếc xe tải pick-up của GM, cũng như để phát triển

hệ thống AETEG nhằm tạo ra sản lượng điện tối đa sau khi chuyển đổi từ 140 w đến 225 w, được cung cấp nhiệt từ khí thải và làm mát bằng nước ở tốc độ xe là 70 km/h [6]

- Hệ thống nhiệt điện sử dụng chất thải thu hồi nhiệt từ xe gắn máy đã được chứng minh bởi các tập đoàn Nagoya Institute of Technology, Atsumitec Co., Ltd, Aist (Phụ trách dự án: Giáo sư Y Nishino,NIT) và các công ty được hỗ trợ bởi MET Hệ thống sử dụng 12 module TEG lắp bề mặt của ống xả xe máy và được tản nhiệt bằng nước Sản lượng điện năng thu được khoảng 12 w, 6 V trong điều kiện lái xe ở tốc độ 60 km/h để sạc bình ắc quy [7],

Hình 1.2: Máy phát nhiệt điện xe máydự án do Giáo sư Y Nishino

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

- Cùng năm 2011, Gregory p Meisner hợp tác hãng GM [8] ứng dụng hiệu ứng nhiệt điện trên xe Chevy-suburban, trong đó sử dụng 42 TEG công suất đạt được gần 30W Năm 2012, Tạp chí Car and Driver [9] nhận định “ Thermalelectric generator ” là một trong mười công nghệ hứa hẹn trong tương lai

Ẽxhau«t yat outlet

Hình 1.3: Máy phát nhiệt điện của Gregory p Meisner

- Liu (năm 2012)[10] đã đưa ra những mẫu thiết kế của máy phát điện dựa trên hiệu ứng nhiệt điện trên sự chênh lệch nhiệt độ nhỏ

Hình 1.4: Máy phát nhiệt điện của Lỉu[10]

- Cuối năm 2012, có 2 công trình tiêu biểu đã được nghiệm thu: Thứ nhất, Douglas T và

cộng sự [11] đã chế tạo thành công cụm máy phát nhiệt điện chuyển trực tiếp nhiệt thành điện

cung cấp cho phụ tải trên ô tô Công trình này chủ yếu tập trung phát triển cơ chế thu hồi nhiệt

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

phát thải bằng cách chế tạo máy phát nhiệt điện đặt trên đường ống xả, sử dụng cặp vật liệu bán dẫn và dùng chất lỏng làm mát và được thử nghiệm trên xe Ford Lincoln và BMW X6 Công suất máy phát điện đạt 700W, nhiệt độ đầu nóng của cặp nhiệt độ đạt 500°C và hiệu suất tiết kiệm nhiên liệu tăng 10% Tuy nhiên, công trình này chỉ là thực nghiệm, kinh phí lớn và tuổi thọ chỉ đạt 6 tháng; kết cấu của vật liệu bán dẫn phức tạp kéo dài theo sự phân bố nhiệt độ không đồng đều trên đưòng ống xả

- Tạp chí Khoa Học Công Nghệ phát hành ngày 24 tháng 7 năm 2013 có đăng bài “Sản xuất điện từ khói xe hơi”; theo tác giả: các nhà nghiên cứu thuộc Viện Kỹ thuật đo lường vật lý Fraunhofer (Đức) đã thiết kế một loại máy phát nhiệt điện (TEG) để biến đổi nhiệt năng thành điện năng bằng cách lợi dụng sự chênh lệch nhiệt độ trong quátrình vận hành xe TS.Harald Bõttner, Trưởng ban Nhiệt điện của Viện Fraunhofer, giải thích: “ Nhiệt độ trong ống thải của xe hơi có thể đạt đến 700°C hoặc hơn Sự chênh lệch nhiệt độ giữa ống khói thải và ống chứa chất lỏng làm mát động cơ có thể là vài trăm độ c Do bị tác động bởi sự chênh lệch nhiệt độ, các hạt tải điện sẽ di chuyển qua các chất bán dẫn đặc biệt của TEG; từ đó sản sinh ra dòng điện tương tự như điện từ bình ắc-quy ”, Ông cho biết: “Sự chênh lệch nhiệt độ càng lớn thì điện được sản xuất

ra càng nhiều”

Theo nhóm nghiên cứu, TEG có khả năng đáp ứng một phần đáng kể nhu cầu về điện của

xe hơi Từ đó, theo TS.Bõttner, “ máy phát nhiệt điện này sẽ giúp tiết kiệm 5 - 7% lượng xăng/dầu cần cung cấp cho xe ” Nhóm nghiên cứu đưa ra một phép tính đơn giản để minh họa cho tính hiệu quả của loại TEG này:

Hiện nay có khoảng 50 triệu phương tiện vận chuyển có động cơ ở Đức, mỗi phương tiện như thế được ước tính lăn bánh trên đường khoảng 200 giờ/năm Nếu trong khoảng thời gian đó, TEG tận dụng lượng nhiệt phát ra để sản xuất điện ở mức bình quân 1.000 watt/giờ thì hàng năm

sẽ tạo ra một nguồn điện lên đến 100 tỷ watt/giờ (10 terawatt giờ) Nhóm nghiên cứu cho biết họ đang thử nghiệm loại TEG này và sẽ nhanh chóng tạo ra mẫu TEG đầu tiên để đưa vào sử dụng

- Nguyễn Hà Hiệp (năm 2013) và cộng sự [12]đã tiến hành thí nghiệm và thu thập được thông số của một mô-đun nhiệt điện như sau: Khi nhiệt độ chênh lệch giữa mặt nóng và mặt lạnh của mô-đun TEG bắt đầu cho điện áp từ 4,0V đến 4,2V (bảng số liệu bên dưới); như vậy với nhiệt

độ này chúng có thể mắc nối tiếp nhiều mô - đun TEG để có được mức điện áp cao hơn sử dụng

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

cho các phụ tải trên ô tô

Bảng 1.1: Kết quả thử nghiệm TEG trên động cơ Toyota 7KE

- Lê Quang Vũ (năm 2014)[13] đã nghiên cứu chế tạo máy phát nhiệt điện sử dụng nguồn nhiệt từ khí xả động cơ đạt công suất gần 16W trên mô hình động cơ ô tô 5S-FE ở chế độ không tải; trong đó, sử dụng 16 modun nhiệt điện TEG

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

- Trường đại học kỹ thuật quân sự của Ấn Độ (năm 2014)[14] đã nghiên cứu sử dụng nhiệt

từ khí xả mô hình động cơ 4 kỳ 3 xilanh với số vòng quay động cơ 3.970vòng/phút, công suất đạt 15W

Power Output vs Engirve Speed

Hinhl.5: Máy phát nhiệt điện sử dụng TEG của Trường Đại Học Ấn Độ

- Một bài báo khoa học được công bố trên trang New Journal of Physics vào tháng 12 năm

2014 có tựa đề là “Feasibility of large scale power plants based on Thermoelectric effect” tạm dịch là “Tính khả thi của các nhà máy điện cỡ lớn dựa trên hiệu ứng nhiệt điện” của Liu Liping thuộc Đại học Rutges - Hoa Kỳ Trong bài báo này, tác giả đã cho thấy sự chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt và đáy biển có thể được dùng để tạo ra điện năng trên quy mô lớn với giá thành rẻ

và khả thi Tuy nhiên trên thực tế vẫn còn rất ít các mô hình phát điện sử dụng hiệu ứng này

Kết luận: Hầu hết các đề tài nghiên cứu trong và ngoài nước về việc sử dụng nguồn nhiệt

từ khí thải động cơ để tạo ra điện đều đã đạt được một số kết quả khả quan, giúp cho công nghệ

ô tô ngày càng phát triển Tuy nhiên, đa số các công trình trên chỉ tiến hành thử nghiêm khả

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

năng phát điện của máy phát nhiệt điện chưa đánh giá ảnh hưởng của AT cũng như nhiệt độ nguồn nóng Th và nhiệt độ nguồn lạnh Tc đến công suất của máy phát Qua các công trình nghiên cứu trên, tác giả có thể tận dụng một số kết quả nghiên cứu có liên quan đến động cơ xe

ô tô để tiến hành thử nghiêm trên mô hình động cơ xe máy như xây dựng một hệ thống máy phát nhiệt điện sử dụng các modun TEG Đồng thời nghiên cứu ảnh hưởng AT, nhiệt độ nguồn nóng Th và nhiệt độ nguồn lạnh Tc đến tính năng điện thế, dòng điện và công suất phát ra của thiết bị nhiệt điện

1.3 ĐỐỈ tượng, phạm vỉ nghiên cứu

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu

Trong đề tài này, đối tượng cần nghiên cứu là bộ chuyển đổi nhiệt điện từ nhiệt khí xả động cơ trên xe máy

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Thiết kế, chế tạo máy phát nhiệt điện tận dụng nguồn nhiệt từ khí xả động cơ trên xe máy

- Thực nghiệm hệ thống máy phát nhiệt điện trên động cơ xe máy

- Xác định đặc tính chênh lệch nhiệt độ của thiết bị bán dẫn với hiệu điện thế, cường độ dòng điện phát ra

1.4 Mục tiều nghiền cứu

Đề tài được tiến hành nghiên cứu với mục tiêu chính:

- Xác định được đặc tính của thiết bị bán dẫn theo sự chênh lệch nhiệt độ từ đó tối ưu hóa công suất và hiệu suất của bộ chuyển đổi nhiệt điện

- Là cơ sở để chế tạo thiết bị chuyển đổi nhiệt điện giá thành rẻ mang lại hiệu quả kinh

tế cao

1.5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

1.5.1 Ý nghĩa khoa học

- Góp phần vào việc nghiên cứu sử dụng thiết bị nhiệt điện TEG tái sử dụng nguồn nhiệt

từ khí xả động cơ xe máy, cung cấp tài liệu tham khảo cho những ai quan tâm đến vấn đề này

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

- Đề tài này là một phần đóng góp cho nhu cầu sử dụng nguồn nhiệt thải từ xe gắn máy,

xe ô tô( vốn có nguồn rất dồi dào) chuyển đổi thành năng lượng có ích

1.5.2 Ỷ nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu việc tái sử dụng nguồn nhiệt từ khí thải động cơ tạo năng lượng xanh, không gây ô nhiễm môi trường là cơ sở để thiết kế chế tạo bộ chuyển đổi nhiệt điện, khi đưa vào ứng dụng thực tiễn sẽ mang lại hiệu quả kinh tế;tái sử dụng nguồn nhiệt từ khí thải của động

cơ xe máy để tạo ra năng lượng sạch, giảm ô nhiễm môi trường, nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu

1.6 Phương pháp nghiên cứu

1.6.1 Phương pháp phân tích tư liệu sẵn có

Thu thập, chọn lọc thông tin từ các công trình nghiên cứu trước; những được đăng trên tạp chí, bài báo trong và ngoài nước có liên quan đến vấn đề nghiên cứu

1.6.2 Phương pháp đo thực nghiệm

Sử dụng một số thiết bị hỗ trợ việc đo lường lượng nhiệt độ pô xe, nhiệt độ cánh tản nhiệt theo thời gian và đo điện áp, cường độ dòng điện phát ra

1.6.3 Phương pháp xử lý kết quả thực nghiệm

- Dùng phương pháp thống kê

- So sánh giữa kết quả thực nghiệm và kết quả lý thuyết

1.6.4 Phương pháp chuyên gia

Đưa ý kiến đến thầy giáo hướng dẫn để nghe phân tích và nhận định

Chương II: cơ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Hiện tượng và hiệu ứng nhiệt điện

Hiên tượng nhiệt điện là sự chuyển đổi trực tiếp năng luợng nhiệt thành năng lượng điện

và ngược lại.Hiện tượng này có thể được sử dụng để tạo ra điện.Có ba hiệu ứng nhiệt điện được

biết đến là: Hiệu ứng Seebeck, Hiệu ứng Peltier và Hiệu ứng Thomson [3]:

- Hiệu ứng Seebeck: Hiệu ứng Seebeck là sự chuyển hóa chênh lệch nhiệt độ thành điện

thế và được đặt theo tên nhà vật lý người Đức, Thomas Seebeck( 1770-1831), phát hiện vào

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

năm 1821 Ông phát hiện ra rằng kim la bàn sẽ bị lệch hướng khi đặt cạnh một mạch kín được tạo bởi hai kim loại nối với nhau, có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai mối hàn Điều này là do các kim loại phản ứng khác nhau với sự chênh lệch nhiệt độ, tạo ra dòng điện và một điện trường Tuy nhiên, ông không nhận ra sự có mặt của dòng điện Điều khiếm khuyết này được nhà vật lý người Đan Mạch Hans Christian Orsted chỉ ra và đặt ra khái niệm “nhiệt điện” Điện thế tạo ra bởi hiệu ứng này cỡ pV/K Ví dụ: cặp đồng- constant có hệ số Seebeck bằng 41pV/K

ở nhiệt độ phòng Mạch kín nói trên được gọi là cặp nhiệt điện

Hình 2.1: Hiệu ứng seebeck

Điện áp tạo ra do hiệu ứng seebeck: Ưs = S.(Th -Tc) (2.1)

A,B: hai kim loại khác nhau, S: hệ số seebeck, Th: nhiệt độ mặt nóng, Tc: nhiệt độ mặt lạnh

- Hiệu ứng Peltier: Khi cho dòng điện qua vật dẫn không đồng chất, ngoài nhiệt lượng

Joule - Lenz tỏa ra trong thể tích của vật dẫn, người ta còn quan sát thấy một hiện tượng nhiệt phụ xảy ra ở chỗ tiếp xúc giữa hai vật dẫn kim loại khác nhau Khi có dòng điện qua chỗ tiếp xúc giữa hai kim loại thì ở đó sẽ có sự tỏa nhiệt hay hấp thụ nhiệt tùy theo chiều dòng điện Nó làm cho chỗ tiếp xúc hoặc nóng lên hoặc lạnh đi Hiện tượng nhiệt điện này do Jean Peltier phát hiện ra năm 1834

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

Nhiệt lượng sinh ra do hiệu ứng Peltier được tính bởi công thức:

QK= 71 I (2.2) Trong đó, 71 là hệ so Peltier , I là cường độ dòng điện

- Hiệu ứng Thomson: Năm 1854, William Thomson(Lord Kelvin) đã phát hiện ra rằng

một vật dẫn đồng chất mà có biến thiên nhiệt độ thì khi có dòng điện chạy qua sẽ xuất hiện một nhiệt lượng phụ tỏa ra hay hấp thụ trong vật

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

dẫn, độc lập với nhiệt lượng Joule - Lenz Lượng nhiệt này bổ sung thêm hoặc hấp thụ bớt đi làm cho nhiệt lượng của vật tăng lên hay giảm đi so với khi chỉ có nhiệt lượng Joule - Lenz Hiện tượng này được gọi là hiện tượng Thomson Nguồn gốc của hiện tượng này có liên quan chặt chẽ với các nguyên nhân làm xuất hiện các hiệu ứng nhiệt điện xảy ra tại chỗ tiếp xúc Thí nghiệm quan sát hiện tượng Thomson đã bố trí như sau: Hai vật dẫn a và b giống nhau, làm bằng cùng một vật liệu được nối vào một mạch điện Hai đầu của các vật dẫn được giữ ở các nhiệt độ khác nhau Khi đó, dọc theo các vật dẫn xuất hiện một biến thiên nhiệt độ nên xuất hiện các dòng nhiệt Trong vật dẫn b, chiều dòng nhiệt trùng với chiều dòng điện, còn trong vật dẫn

a, chiều của hai dòng đó ngược nhau.Trên hai vật dẫn chọn hai điểm a và b sao cho khi chưa có dòng điện, nhiệt độ tại hai điểm đó bằng nhau

Hình 2.3: Mô hình hiệu ứng Thomson

Neu có dòng điện I đi qua vật dẫn đồng nhất có tính đến hiệu ứng Thomson, nhiệt lượng

Q tỏa ra trên một đơn vị thể tích là:

X X XZXX **-V • X x»x XXXXXVV XXV# vx v» X ỊỊ ỊkV XM> XXV w -X XX V* XXX w XX y • XM, M V* VZXVXX vxxxvxx

dx

nhiệt độ dọc theo vật dẫn, nhiệt lượng Peltier phụ thuộc vào chiều của dòng điện

Năm 1854, Lord Kelvin đã tìm ra mối liên hệ giữa ba hệ số này Biểu thức Thomson thứ nhất như sau:

Trong đó: T là nhiệt độ tuyệt đối, |X là hệ số Thomson, s là hệ số Seebeck

(2.3)

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

Biểu thức Thomson thứ hai có dạng sau:

Kết hợp công thức (1.2) và ( 1.5) ta được công thức nhiệt lượng Peltier

2.2 Lý thuyết truyền nhiệt

Truyền nhiệt [16] là dạng truyền năng lượng khi có sự chênh lệch về nhiệt độ, có ba dạng

truyền nhiệt cơ bản là: truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt, truyền nhiệt đối lưu, truyền nhiệt bức xạ

- Dẩn nhiệt là một quá trình truyền nhiệt khi có sự chênh lệch về nhiệt độ giữa các vùng

trong vật rắn hoặc giữa các vật rắn tiếp xúc Định luật cơ bản về dẫn nhiệt được thực hiện đầu tiên bởi Biot dựa trên cơ sở quan sát thực nghiệm nhưng mang tên sau này là tên của nhà toán

lý Joseph Fourier, ông là người đã ứng dụng các kết quả này vào sự phân tích lý thuyết về nhiệt Định luật này phát biểu: mật độ dòng nhiệt truyền qua bằng phương thức dẫn nhiệt theo phương quy định tỉ lệ thuận với diện tích vuông góc với phương truyền và gradient nhiệt độ theo phương

ấy

Tiết diện F

Qũũf(r hnd;

Wsrrrf bcdy

Hủtìt HOT, Xx

► X

Hình2.4 :MÔ tả dẫn nhiệt qua vách phẳng

Dòng nhiệt truyền qua vật trong l(s) theo phương X được tính theo định luật Fourier:

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

qx: mật độ dòng nhiệt truyền theo phương X trong thời gian ls [W/m2]

F: diện tích tiết diện vuông góc với phương X [m2]

T: nhiệt độ tuyệt đối của vật(°C)

Ầ: hệ số dẫn nhiệt của vật[W/m.°C]

Do quy ước chiều dương của vectơ gradient nhiệt độ là chiều tăng của nhiệt độ còn vectơ mật độ dòng nhiệt luôn đi từ nhiệt độ cao đến nhiệt độ thấp nên có dấu “ trong phương trình trên

- Truyền nhiệt đối lưu: là quá ừình ừao đổi nhiệt xảy ra khi giữa bề mặt vật rắn tiếp xúc

với môi trường chất lỏng( khí)có nhiệt độ khác nhau

Trong kỹ thuật để tính toán đơn giản quá trình trao đổi nhiệt đối lưu người ta thường dùng công thức Newton:

Hinh2.5: Truyền nhiệt đối lưu giữa bề mặt kim loại và không khí

Trong đó:

a: là hệ số tỏa nhiệt đối lưu (w/m 2 °c)

F: diện tích bề mặt trao đổi nhiệt ( m2)

Tw: nhiệt độ trung bình của bề mặt (°C)

Tf: nhiệt độ trung bình của chất lỏng( khí) (°C)

-Truyền nhiệt bức xạ: là quá trình trao đổi nhiệt xảy ra giữa các vật có nhiệt độ khác

nhau đặt cách xa nhau Năng lượng bức xạ truyền trong không gian dưới dạng sóng điện từ

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

2.3 Thiết bị nhiệt điện bán dẫn

Thiết bị nhiệt điện bán dẫn hiện nay gồm hai loại là TEG(thermoelecừic generator) và TEC (thermoelecừic cool).Trong đó, TEG là thiết bị bán dẫn chuyển đổi nhiệt thành điện, TEC là thiết bị bán dẫn chuyển đổi điện thành nhiệt như hình được mô tả.Trong đề tài này người nghiên cứu sử dụng thiết bị bán dẫn TEG để chuyển đổi nhiệt từ khói xả động cơ thành điện

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

Mô dun nhiệt điện TEG được chọn làm thí nghiêm là Mô dun SP1848- 27145được sản xuất tại Trung Quốc; kích thước dài - rộng - cao là 40mm X 40mm X 3.4 mm, có dải nhiệt độ hoạt động từ -4°c đến 200°C

Mô dun SP1848-27145 có chức năng chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng và có hình dạng như Hình 3.3:

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

2.3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

a Cẩu tạo cửa TEG:

Modul TEG được cấu tạo bởi hai loại bán dẫn n và p nối tiếp với nhau bởi các cầu nối thường làm bằng kim loại đồng có vai trò dẫn điện và chuyển tải nhiệt.Để modun hoạt động ổn định, có độ bền cao đòi hỏi phải cách điện tốt; vì vậy, nhà sản xuất dùng vật liệu ceramic để cách điện hai bề mặt Vật liệu ceramic này có đặc tính dẫn nhiệt, cách điện tốt và có độ bền cơ học cao Tùy vào sự chênh lệch nhiệt độ giữa mặt nóng và mặt lạnh tạo ra sự dịch chuyển các electron mà ta nhận được các giá trị điện áp và dòng điện do TEG phát ra cấu tạo bên trong của

TEG như hình 2.9 và được làm từ chất bán dẫn Bi2Te3 (bismuth tellure)[17]

Nếu một modun TEG chuyển một nhiệt lượng Q thành điện năng có công suất p với hiệu suất r| ta có:

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

mãt nóng

, -• bãndãn-p bủn dan- n

Hình 2.9: cấu tạo bên trong TEG b.Nguyên ỉý làm việc:

Các cặp nhiệt điện bán dẫn hoạt động theo nguyên lý chung với các thiết bị nhiệt điện kim loại, sự khuếch tán các hạt mang điện xảy ra khi có một sự chênh lệch nhiệt độ giữa 2 mặt của thiết bị Các hạt mang điện bị khuếch tán từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp và tạo

ra hiệu điện thế

Thermoelectric Generator (TEG)

Hình 2.10: Mô hình hoạt động của modun TEG

So với các thiết bị nhiệt điện truyền thống sử dụng các cặp kim loại, các thiết bị nhiệt điện

sử dụng vật liệu bán dẫn hiện tại cho hiệu suất cao hơn gấp 10-14 lần (các cặp bán dẫn kim loại cho hiệu suất chuyển đổi khoảng 0.5%, các thiết bị TEG hiện tại được cho rằng có hiệu suất chuyển đổi khoảng 5%)

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

Thực nghiệm cho thấy ở độ chênh lệch khoảng l°c, các cặp nhiệt điện kim loại cho ra hiệu điện thế khoảng một vài microvolts, trong khi các chất bán dẫn cho ra hiệu điện thế đến một vài milivolts

Bên cạnh đó, các thiết bị TEG hiện đại nhỏ gọn hơn nhiều lần và giá thành cũng rẻ tiền hơn

2.4 Xây dựng mô hình toán Mô đun TEG

Mô dun TEG là một thiết bị chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa 2 mặt của thiết bị Quá trình chuyển đổi của modun TEG tuân theo những hiệu ứng và định luật khác nhau

Hình 2.11: Mô hình toán học của modun TEG

Trong đó:

Us : điện áp do hiệu ứng seebeck [ V]

Es: sức điện động của TEG [ V]

RTEG: điện trở của TEG [Q]

RL: điện trở tải[Q]

Th: nhiệt độ nguồn nóng [°C]

Tc: nhiệt độ nguồn lạnh[°CJ

A,B : hai vật liệu bán dẫn

Modun TEG là một thiết bị nhiệt điện chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng Khi hai mặt của TEG có sự chênh lệch nhiệt độ thì theo hiệu ứng seebeck

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

sẽ xuất hiện một dòng điện, suất điện động tạo nên dòng điện gọi là suất điện động nhiệt điện

Xét mạch điện cung cấp cho tải của TEG ta có các phương trình sau:

Cường độ dòng điện qua tải:

Qin= kt.AT + S.Th IL - l»i.ZL2

Qout — kt.AT + S.TC IL — Rj 7 z

Trong đó:

kt.AT: Truyền nhiệt Fourier

S.Th IL: Nhiệt tạo ra theo hiệu ứng Peltier

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

2.5 Đánh giá khả năng ứng dụng của TEG trong thu hồi nhiệt khí xả

Từ các giá trị thông số kỹ thuật của thiết bị nhiệt điện TEG ta có bảng giá trị sau:

TEG-SP1848-27145SA

dụng phần mềm excel mô phỏng các giá trị: ƯL, II,PL theo nhiệt độ AT từ đó ta có các đồ thị sau:

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

Từ đồ thị Hình 2.12 ta thấy điện áp của TEG tạo ra phụ thuộc khá lớn vào nhiệt độ AT Ở mức

nhiệt độ AT từ 40°C đến 100°C, điện áp thu được từ 1.8V

ĐỒ thị công suất theo nhiệt độ AT

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

có thể ghép hỗn hợp nhiều modun TEG để đạt được điện áp và dòng điện đủ lớn cung cấp cho một số phụ tải điện trên xe máy và ô tô

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

Chương 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH

MÁY PHÁT ĐIỆN KIÊU NHIỆT ĐIỆN

3.1 Thiết kế phần cơ khí

3.1.1 Bộ thu hồi nhiệt khói thải

Để các modun nhiệt điện TEG có thể nhận được nguồn nhiệt tốt nhất thì

người nghiên cứu đã thiết kế bộ thu nhiệt khí xả như hình 3.1

Hình 3,1: Bộ thu hồi nhiệt khói xả động cơ

Bộ thu hồi nhiệt là bộ phận tiếp xúc với nguồn nhiệt nóng từ khí xả động cơ và bộ cung

cấp nhiệt cho mặt nóng của TEG Thực tế bộ thu hồi nhiệt chính là pô xe máy Do các xe đa số

là dạng ống hình trụ Để tăng diện tích cung cấp nhiệt cho bộ thu hồi nhiệt, người nghiên cứu

thiết kế pô dạng hình chữ nhật bằng phần mềm catia như hình vẽ 3.1

Sau khi thiết kế thì pô xe máy được chế tạo thực tế như hình 3.2

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

Hình 3.2:MÔ hình thực tế bộ thu nhiệt khi thải

Nhiệt từ khói thải của động cơ sẽ được pô xe máy hấp thụ sau đó truyền qua bộ cấp nhiệt mặt nóng cho modunnhiệt điện TEG Từ các thông số thiết kế như trên, ta có thể xác định diện tích trao đổi nhiệt giữa bộ thu nhiệt và bộ cung cấp nhiệt cho mặt nóng của TEG là Fe= 160 X 80= 12800mm2

3.1.2 Bộ phận cung cấp nhiệt cho TEG:

Nhận nhiệt từ pô xe cấp nhiệt cho mặt nóng của TEG Trên mặt tấm cấp nhiệt có bố trí 2 rãnh có kích thước 3cmx0.4cmx0.4cm nhằm đặt 2 cảm biến để

Hình 3.3 Bộ phận cung cấp nhiệt

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM Luận Văn Thạc Sĩ

3.1.3 Bộ phận tản nhiệt cho thiết bị nhiệt điện TEG:

Bộ phận tản nhiệt cho thiết bị nhiệt điện TEG có chức năng giải nhiệt cho bề mặt lạnh của thiết bị nhiệt điện Vì vậy tạo sự chênh lệch nhiệt độ giữa mặt nóng và mặt lạnh Bộ phận tản

nhiệt được thiết kế từ vật liệu kim loại nhôm có hình dạng và kết cấu như hình 3.4:

Hình 3.4:Kết cẩu bộ phận tản nhiệt

Vì hệ thống làm mát dùng không khí nên kết cấu bộ phận tản nhiệt gồm nhiều cánh tản nhiệt mỏng nhằm tăng diện tích tiếp xúc với không khí Cánh tản nhiệt có chiều dài L = 210mm, chiều rộng w = 131mm, chiều cao H= 44mm, bề dày cánh a= 2mm Xem cánh tản nhiệt là hình chữ nhật