Nghiên cứu chế tạo máy phát nhiệt điện sử dụng nguồn nhiệt từ khí xả động cơ

Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Luận văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Lê Quang Vũ
VI



Trang
 I
 II
 III
 IV
 V
  IX
 01
1.1. Tổng quan về máy phát nhiệt điện trên ô tô 01
1.1.1. Tính cấp thiết của đề tài 01
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 01
1.1.3. Những vấn đề còn tồn tại 06
1.2. Mục đích của đề tài 07
1.3. Nhiệm vụ và giới hạn đề tài 07
1.4. Phương pháp nghiên cứu 07
 08
2.1. Nhiệt phát thải trên động cơ đốt trong 08
2.2. Quá trình truyền nhiệt 10
2.2.1. Dẫn nhiệt 10
2.2.2. Truyền nhiệt đối lưu 12
2.3. Hiệu ứng nhiệt điện và các mô-đun nhiệt điện 13
2.3.1. Hiệu ứng nhiệt điện 13
2.3.2. Mô-đun nhiệt điện 15
   17

3.1. Tính toán ước lượng khối lượng khí xả 17
3.2. Xác định các thông số cơ bản của khí xả 18
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Luận văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Lê Quang Vũ
VII

3.3. Xác định các thông số hoạt động của mô hình thí nghiệm 20
3.4. Thí nghiệm đánh giá mức độ phát thải nhiệt trên động cơ xăng 5S-FE 23
 TEG  25
4.1. Xây dựng mô hình toán mô-đun TEG 25
4.2. Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm 27
4.2.1. Thiết kế bộ trao đổi nhiệt cho 1 mô-đun TEG 27
4.2.2. Chế tạo và lắp đặt mô hình thí nghiệm 28
4.3. Thực nghiệm thu thập dữ liệu 29
4.3.1. Sơ đồ khối bố trí thí nghiệm 29
4.3.2. Thí nghiệm thu thập dữ liệu mô-đun TEG 30
 35
5.1 Thiết kế phần cơ khí 35
5.1.1. Bộ thu hồi nhiệt khói thải 35
5.1.2. Bộ phận làm mát cho thiết bị nhiệt điện 37
5.1.3. Bộ phận chuyển đổi nhiệt điện 38
5.2. Chế tạo và thử nghiệm bộ thu hồi nhiệt 40
5.3. Xây dựng mô hình máy phát nhiệt điện 42
5.3.1. Mô hình hóa máy phát nhiệt điện 42
5.3.2. Mô phỏng hệ thống trên máy tính bằng phần mềm Matlab 45
5.4. Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển và kiểm soát máy phát điện 49
5.4.1. Thiết kế mạch điều khiển điện áp 49
5.4.2. Thiết lập hệ thống thu thập dữ liệu 56
   59

6.1. Mục tiêu thực nghiệm 59
6.2. Thiết bị thực nghiệm 59
6.3. Kết quả thực nghiệm 60
6.3.1. Thực nghiệm các thông số chuyển đổi nhiệt điện 60
6.3.2. Thực nghiệm mạch chuyển đổi điện áp 65
6.3.3. Thực nghiệm hệ thống máy phát nhiệt điện 67
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Luận văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Lê Quang Vũ
VIII

6.4. Kết luận của thực nghiệm 71
 72
 74
 76
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Luận văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Lê Quang Vũ
IX



Trang
Hình 1.1: Mặt cắt cấu trúc bộ thu nhiệt của Douglas 02
Hình 1.2: Đặc tuyến kết quả nghiên cứu của Douglas 03
Hình 1.3: Bộ chuyển đổi nhiệt điện của Meisner 03
Hình 1.4: Đặc tuyến làm việc của các chất bán dẫn 04
Hình 1.5: Bố trí cặp nhiệt điện và phân bố nhiệt độ khí xả 04
Hình 1.6: Phân phối năng lượng trên động cơ đốt trong 05
Hình 1.7: Đặc tuyến công suất theo nhiệt độ 05

Hình 1.8: Bố trí thí nghiệm và thông số kỹ thuật 06
Hình 2.1:Thành phần khí xả động cơ xăng 09
Hình 2.2: Thành phần khí xả động cơ Diesel 09
Hình 2.3:Cấu trúc mô-đun nhiệt điện 16
Hình 3.1: Mô hình tính toán lượng khí xả 17
Hình 3.2: Toàn cảnh thí nghiệm thu thập dữ liệu khí xả động cơ 20
Hình 3.3: Sơ đồ khối hệ thống thu thập dữ liệu 21
Hình 3.4: Giản đồ xung phun xăng 21
Hình 3.5: Đặc tuyết cảm biến Lambda 21
Hình 3.6: Mạch thu thập và xử lý dữ liệu 22
Hình 3.7: Lưu đồ giải thuật thu thập dữ liệu 22
Hình 3.8: Giao diện thu thập dữ liệu 23
Hình 3.9: Bố trí thí nghiệm 23
Hình 3.10: Tín hiệu đã qua xử lý của cảm biến lambda 24
Hình 4.1: Mô hình mô-đun TEG 25
Hình 4.2: Hình chụp mô-đun HTG1-12710 27
Hình 4.3: Bộ thí nghiệm mô-đun HTG1-12710 27
Hình 4.4: Đầu dò nhiệt độ loại K 28
Hình 4.5: Bộ trao đổi nhiệt thí nghiệm mô-đun HTG1-12710 28
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Luận văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Lê Quang Vũ
X

Hình 4.6: Bộ kiểm soát nhiệt độ WINPARK CHB-401 29
Hình 4.7: Đầu đo nhiệt độ từ xa Fluke 62 mini 29
Hình 4.8: Bố trí thí nghiệm thu thập dữ liệu 29
Hình 4.9: Thu thập dữ liệu trong khi làm thí nghiệm 30
Hình 4.10: Đặc tuyến điện áp theo chênh lệch nhiệt độ của HTG1-12710 32
Hình 4.11: Đặc tuyến U

S
và U
L
theo T
h
của HTG1-12710 32
Hình 4.12: Đặc tuyến P
L
theo T
h
ở các mức T
c
của HTG1-12710 33
Hình 4.13: Đặc tuyến P
L
theo R
L
với T
h
=200
O
C ở các mức T
c
của HTG1-12710 33
Hình 4.14: Đặc tuyến TEG trong điều kiện áp dụng thu hồi nhiệt thải 34
Hình 5.1: Kết cấu thiết kế bộ phận thu hồi nhiệt máy phát nhiệt điện 35
Hình 5.2: Tiết diện cắt ngang của bô thu hồi nhiệt 35
Hình 5.3: Thân bộ thu nhiệt 36
Hình 5.4: Tấm thu hồi nhiệt 36
Hình 5.5: Kết cấu bộ phận giải nhiệt 37

Hình 5.6: Tiết diện cắt ngang của bộ tản nhiệt 37
Hình 5.7: Bố trí hệ thống két nước giải nhiệt 38
Hình 5.8: Mãng vật liệu nhiệt điện 38
Hình 5.9: Bộ phận chuyển đổi nhiệt điện 39
Hình 5.10: Kết cấu máy phát nhiệt được thiết kế 39
Hình 5.11: Bộ phận giải nhiệt của máy phát nhiệt điện 40
Hình 5.12: Máy phát nhiệt điện sau khi gia công 40
Hình 5.13: Toàn cảnh thử nghiệm hệ thống trao đổi nhiệt 41
Hình 5.14: Mô hình máy phát nhiệt điện 42
Hình 5.15: Đặc tuyến công suất và điện áp theo nhiệt độ mặt nóng 45
Hình 5.16: Đặc tuyến lưu lượng bơm nước theo nhiệt độ 45
Hình 5.17: Đặc tuyến công suất và điện áp theo nhiệt độ mặt nóng 46
Hình 5.18: Đặc tuyến lưu lượng bơm nước theo nhiệt độ 46
Hình 5.19: Đặc tuyến công suất và điện áp theo nhiệt độ mặt nóng 47
Hình 5.20: Đặc tuyến lưu lượng bơm nước theo nhiệt độ 47
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Luận văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Lê Quang Vũ
XI

Hình 5.21: Đặc tuyến công suất cả ba chế độ kết nối 48
Hình 5.22: Đặc tuyến công suất và tản nhiệt theo tải 48
Hình 5.23: Đặc tuyến công suất và điện áp theo tải 49
Hình 5.24: Sơ đồ khối mạch kiểm soát và điều khiển điện áp máy phát nhiệt điện . 50
Hình 5.25:: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 50
Hình 5.26 Mạch cấp nguồn cho hệ thống 51
Hình 5.27 Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển đổi chế độ 51
Hình 5.28 Mạch chuyển đổi điện áp công suất 52
Hình 5.29 Board mạch chuyển đổi điện áp công suất 52
Hình 5.30 Mô hình mạch chuyển đổi điện áp 53

Hình 5.31 Đặc tuyến dòng điện ngõ ra theo ngõ vào bộ chuyển đổi 54
Hình 5.32 Đặc tuyến các thông số bộ chuyển đổi điện áp 54
Hình 5.33 mạch phân áp tín hiệu điện áp 55
Hình 5.34 Mạch đo dòng sử dụng IC ASC712ELCTR-05B 55
Hình 5.35 Mạch điện điều khiển và kiểm soát máy phát nhiệt điện 56
Hình 5.36 Card thu thập dữ liệu NI-6009 56
Hình 5.37: Hệ thống điều khiển và kiểm soát thông số máy phát 57
Hình 5.38: Giao diện hiển thị thông tin thu thập dữ liệu máy phát nhiệt điện 57
Hình 5.39: Khối Block Diagram chương trình thu thập dữ liệu 58
Hình 6.1: Bảng thu thập và hiển thị nhiệt độ 59
Hình 6.2: Thử nghiệm hệ thống máy phát nhiệt điện 60
Hình 6.3: Thí nghiệm đánh giá khả năng phát điện của máy phát nhiệt điện 60
Hình 6.4: Thí nghiệm đánh giá khả năng phát điện của máy phát nhiệt điện 61
Hình 6.5: Bảng giá trị nhiệt độ khi công suất máy phát đạt gần 20W 61
Hình 6.6: Quá trình chuyển đổi ghép nối các mô-đun nhiệt điện 62
Hình 6.7: Chuyển đổi đồng hồ đo Twin thành Th 63
Hình 6.8: Đồ thị so sánh thực nghiệm với mô hình toán ở chế độ đấu song song 64
Hình 6.9: Thí nghiệm đánh giá khả năng phát điện của máy phát nhiệt điện 65
Hình 6.10: Dữ liệu thí nghiệm chuyển đổi điện áp của bộ điều khiển điện áp 66
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Luận văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Lê Quang Vũ
XII

Hình 6.11: Đặc tuyến các thông số quá trình thử nghiệm mạch tăng áp 66
Hình 6.12: Đặc tuyến các thông số quá trình thử nghiệm mạch ổn áp 67
Hình 6.13: Đặc tuyến trạng thái 1 quá trình thử nghiệm máy phát nhiệt điện 68
Hình 6.14: Đặc tuyến trạng thái 2 quá trình thử nghiệm máy phát nhiệt điện 68
Hình 6.15: Thử nghiệm khả năng xạc ác quy của máy phát 69
Hình 6.16: Thông số trạng thái 1 của hệ thống khi xạc ác quy 69

Hình 6.17: Thông số trạng thái 2 của hệ thống khi xạc ác quy 70
Hình 6.18: Thông số trạng thái 3 của hệ thống khi xạc ác quy 70
Hình 6.19: Thông số trạng thái 4 của hệ thống khi xạc ác quy 71
Bảng 1.1: Kết quả thử nghiệm TEG trên động cơ Toyota 7KE 02
Bảng 3.1:Tỷ lệ khối lượng thành phần khí xả động cơ xăng 18
Bảng 3.2:Thông số kim phun xăng ở 25
O
C 19
Bảng 3.3:Thông số kỹ thuật của động cơToyota 5S-FE 20
Bảng 4.1:Thông số thí nghiệm xác định thông số mô-đun TEG 30
Bảng 4.2: Bảng số liệu xác định hàm hồi S=f(∆T) 31
Bảng 5.1: Dữ liệu thí nghiệm đánh giá bộ trao đổi nhiệt 41
Bảng 6.1: Bảng thực nghiệm quá trình chuyển đổi nhiệt điện 63
Bảng 6.2: Bảng tính xác định hệ số hiệu chỉnh k
hc
64

Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Luận văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Lê Quang Vũ 1




1.1. Tng quan v máy phát nhin trên ô tô
1.1.1. Tính cp thit c tài
Ngày nay, ô tô sử dụng động cơ đốt trong là phương tiện di chuyển chủ yếu
của con người với số lượng ngày càng phát triển. Điều đó có nghĩa là con người
đang sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch với mức độ ngày càng tăng. Nhưng nguồn
nhiên liệu hóa thạch trên thế giới ngày càng cạn kiệt trong khi hiệu suất của động cơ

ô tô chưa được cao. Theo ước tính trung bình hiệu suất động cơ chỉ đạt khoảng
30%, phần còn lại phát thải 40% qua khí xả và 30% qua hệ thống làm mát [4]. Như
vậy, hằng ngày chúng ta uổng phí tới 40% tổng lượng nhiên liệu. Phần năng lượng
phát thải này đã được đốt cháy hoàn toàn chuyển thành nhiệt năng và thải ra ngoài
môi trường. Bên cạnh đó, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, phụ tải điện trên
ô tô ngày càng tăng và đòi hỏi tỷ lệ nhiên liệu hóa thạch chuyển thành điện năng
khá lớn. Chính vì thế việc nghiên cứu chế tạo máy phát nhiệt điện sử dụng nguồn
nhiệt phát thải từ động cơ khi xe vận hành để chuyển thành điện năng cung cấp cho
phụ tải là một vấn đề cấp bách và hết sức cần thiết trong thời kỳ hiện nay.
1.1.2. Tình hình nghiên cc
Trong nước hầu như chưa có công trình nào nghiên cứu chế tạo máy phát điện
trên ô tô sử dụng nguồn nhiệt từ khí xả động cơ. Tuy nhiên, trong lĩnh vực hàng hải
đã có những công trình nghiên cứu thu hồi nhiệt khí thải sử dụng với mục đích cấp
nhiệt cho nồi hơi và tính toán chạy máy lạnh.
Năm 2010, PGS-TS Lê Viết Lượng cùng cộng sự [1] đã nghiên cứu đề xuất sử
dụng nồi hơi kiểu MODUYN thu hồi nhiệt phát thải trên động cơ tàu thủy. Kết quả
thử nghiệm cho thấy với nồi hơi có kích thước 1750x1250x1100, khi động cơ hoạt
động 15 phút, áp suất nồi hơi đã đạt 6 kg/cm
2
, nhiệt độ khí xả chênh lệch khi đi qua
nồi hơi là 100
o
C. Như vậy, nhiệt độ khí thải có thể thu hồi tái sử dụng với tiềm năng
khá cao.
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Luận văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Lê Quang Vũ 2

Năm 2013, Nguyễn Hà Hiệp và cộng sự [2] đã thí nghiệm và thu thập thông số
của một mô-đun nhiệt điện với kết quả cho thấy như Bảng 1.1.

Bảng 1.1: Kết quả thử nghiệm TEG trên động cơ Toyota 7KE[2]
t
g
,
o
C
t
w
,
o
C
∆t = t
g
– t
w
,
o
C
U,V
I,A
185
38,7
146,3
3,2
0,26
190
39,0
151,0
3,4
0,28

200
39,5
160,5
3,5
0,30
210
40,0
170,0
3,6
0,31
220
41,2
178,8
3,8
0,32
224
42,0
182,0
3,9
0,33
230
45,0
185,0
3,9
0,33
260
47,5
212,5
4,0
0,35

270
49,0
221,0
4,1
0,37
282
51,0
231,0
4,2
0,39
Theo kết quả đã công bố, ta thấy rằng khi nhiệt độ chênh lệch giữa mặt nóng và
mặt lạnh của mô-đun TEG đạt trên 200
O
C TEG bắt đầu cho điện áp từ 4,0V đến
4,2V. Như vậy với nhiệt độ này chúng ta có thể mắc nối tiếp nhiều mô-đun TEG để
có được mức điện áp cao hơn sử dụng cho các phụ tải trên ô tô.
Gần đây, trên thế giới bắt đầu nghiên cứu các phương án thu hồi nhiệt phát
thải trên ô tô nhằm giảm lượng tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường.
Năm 2004, bộ năng lượng Hoa Kỳ bắt đầu quan tâm đến lượng nhiệt phát thải
trên ô tô. Chính vì thế họ đưa ra một chương trình phát triển công nghệ thu nhiệt từ
khí xả động cơ ô tô kéo dài cho các phòng thí nghiệm, các trường đại học và viện
nghiên cứu quốc gia. Cuối năm 2012 đã nghiệm thu với hai công trình tiêu biểu.
Thứ nhất, Douglas T. và cộng sự [3] đã chế tạo thành công cụm máy phát nhiệt điện
chuyển trực tiếp nhiệt thành điện cung cấp cho phụ tải trên ô tô. Cấu trúc của máy
phát điện như Hình 1.1.

Hình 1.1: Mặt cắt cấu trúc bộ thu nhiệt[3]
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Luận văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Lê Quang Vũ 3

Công trình này được đầu tư với kinh phí đến 12 triệu USD trong đó vốn từ
DOE là 7 triệu USD, 5 triệu USD còn lại đến từ các nguồn đầu tư khác trong đó có
BMW và Ford. Kết quả thu được có đặc tính như Hình 1.2.

Hình 1.2: Đặc tuyến kết quả nghiên cứu của Douglas T. [3]
Công trình này chủ yếu tập trung phát triển cơ chế thu hồi nhiệt 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. Kết quả như Hình 1.2 cho thấy, công suất máy phát điện đạt 700W, nhiệt độ
đầu nóng của cặp nhiệt điện đạt 500
o
C và hiệu suất tiết kiệm nhiên liệu tăng 10%.
Tuy nhiên, công trình này chỉ mới nằm trong phòng thí nghiệm, tốn kinh phí lớn và
tuổi thọ chỉ đạt khoảng 6 tháng. Kết cấu của vật liệu bán dẫn phức tạp kéo dài theo
sự phân bố nhiệt độ không đồng đều trên đường ống xả.
Cùng nằm trong đề án này, Gregory P. Meisner [4] chế tạo bộ thu hồi nhiệt
với các mô-đun nhiệt điện tách rời. Máy phát điện kiểu này có cấu trúc như Hình
1.3.

Hình 1.3: Bộ chuyển đổi nhiệt điện của Meisner [4]
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Luận văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Lê Quang Vũ 4

Công trình này tham gia hội thảo ứng dụng nhiệt điện lần thứ 3 ngày
21/03/2012 ở Baltimore, Maryland và bộ năng lượng Mỹ đầu tư với kinh phí 12
triệu USD. Công trình này sử dụng một bộ thu hình hộp nhỏ, dẹt có bề rộng lớn đặt
trên đường ống xả để làm chậm vận tốc khí xả tăng thời gian trao đổi nhiệt. Mặt
ngoài của bộ trao đổi nhiệt được bố trí nhiều dãy các mô-đun nhiệt điện được chế

tạo từ vật liệu Skutterudite và Bi-Te, mặt nóng tiếp xúc với bộ thu nhiệt, mặt lạnh
tiếp xúc với nước làm mát như Hình 1.3. Các mô-đun nhiệt điện được chế tạo có
thông số khác nhau bố trí theo giải phân bố nhiệt độ để bảo đảm thu được điện áp
bằng nhau tránh sự chênh áp theo mật độ phân bố nhiệt độ trên bộ thu. Dọc theo
chiều dài bộ thu nhiệt bố trí 2 vùng cặp nhiệt điện tùy theo đặc tính kỹ thuật của vật
liệu bán dẫn. Vùng gần cửa vào có nhiệt độ cao hơn nên bố trí các mô-đun vật liệu
Skutterudite và vùng cuối gần cửa ra bố trí các mô-đun vật liệu Bi-Te có đặc tuyến
làm việc như Hình 1.4.

Hình 1.4: Đặc tuyến làm việc của các chất bán dẫn[4]
Kết quả như trong Hình 1.5 cho thấy khi dòng khí vào bộ thu có nhiệt độ
550
o
C nhiệt độ bên nóng của bộ Skutterudite đạt 450
o
C và 250
o
C với bộ Bi-Te và
tổng công suất của 24 cặp Skutterudite và 18 cặp Bi-Te đạt 250W.

Hình 1.5: Bố trí cặp nhiệt điện và phân bố nhiệt độ khí xả[4]
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Luận văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Lê Quang Vũ 5

Tuy nhiên, Meisner chủ yếu tập trung nghiên cứu phát triển cặp nhiệt điện bán
dẫn phù hợp với dải nhiệt độ khí xả mà chưa quan tâm nhiều tới phương án thu
nhiệt. Kinh phí thực hiện cao, công suất máy phát chưa đủ cung cấp cho phụ tải
điện ô tô, sản phẩm chỉ mới trong phòng thí nghiệm mà chưa thể sản xuất đại trà do
quy trình công nghệ phức tạp.

Năm 2001, Jihad G. Haidar [5] nghiên cứu lý thuyết về vật liệu cặp nhiệt
điện, khảo sát phân bố nhiệt lượng và hiệu suất sử dụng trong động cơ đốt trong như
Hình 1.6. Đồng thời đưa ra thông số thực nghiệm trên động cơ Ruston Diesel
37kW.

Hình 1.6: Phân phối năng lượng trên động cơ đốt trong[5]
Kết quả đề tài này cho thấy nhiệt lượng ở dòng khí xả khá cao, chiếm 34-
45(%) với động cơ xăng và 22-35(%) với động cơ Diesel.

Hình 1.7: Đặc tuyến công suất theo nhiệt độ[5]
Nhiệt độ khí xả đạt trên 500
o
C với mức tải 88% cánh bướm ga và tốc độ 1.800
RPM. Bộ thu nhiệt được thiết kế kiểu ống trụ, trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức. Tuy
nhiên, chỉ bố trí sử dụng 98 cặp nhiệt điện nên công suất mới đạt 45W ở mức điện
áp 14V. Theo đó, các cặp nhiệt điện bố trí dài trên đường ống nên không đồng nhất
về nhiệt độ làm việc.
Năm 2010, Kalyan k. Srinivasan và cộng sự [6] sử dụng nguồn nhiệt khí xả
cấp nhiệt cho nồi hơi chạy turbine kéo máy phát điện như được mô tả ở Hình 1.8.
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Luận văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Lê Quang Vũ 6


Hình 1.8: Bố trí thí nghiệm và thông số kỹ thuật[5]
Kết quả cho thấy với động cơ Diesel 10,6 kW chạy toàn tải ở tốc độ 2700
RPM, nhiệt độ vào bộ sinh hơi thu được là 550
o
C và ra khỏi bộ sinh hơi là 350
o

C,
Turbine đạt công suất 2kW. Mặc dù công suất thu được khá cao nhưng việc chế tạo
Turbine cỡ nhỏ như vậy là rất khó và có hiệu suất thấp. Nhiệt lượng thu được từ khí
xả không chuyển trực tiếp qua điện năng mà cần phải qua một chu trình trung gian
là giảm hiệu suất thu được từ khí thải. Bên cạnh đó, Turbine hoạt động với áp suất
cao trong khi ô tô chuyển động với những chấn động lớn hay va chạm gây nổ bình
chứa hơi nên mức độ an toàn thấp.
1.1.3. Nhng v còn tn ti
Trong thời điểm hiện tại, mặc dù đã có một số đề tài trong và ngoài nước
nghiên cứu về các vấn đề liên quan và đã đạt được một số thành công nhất định.
Tuy nhiên, các đề tài đó còn có nhiều giới hạn mà chưa thể ứng dụng kết quả lên
trên các xe hiện hành.
Với các đề tài sử dụng mô-đun TEG của bộ năng lượng Hoa Kỳ mặc dù cho
kết quả tương đối khả quan nhưng chỉ mang tính chất trong phòng thí nghiệm, vấn
đề giải quyết chỉ là vật liệu TEG mà chưa có thông số ứng dụng trên các động cơ cụ
thể và tỷ lệ thu hồi so với tiềm năng chưa cao. Bên cạnh đó kinh phí và thời gian
nghiên cứu rất nhiều.
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Luận văn Thạc Sĩ

GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Lê Quang Vũ 7

Với phương án sử dụng một chu trình hơi nước để thu hồi nhiệt mặc dù đạt
được kết quả thu hồi cao nhưng vấn đề bảo đảm an toàn về cháy nổ trên xe không
được đề cập. Với phươn án này chỉ phù hợp cho động cơ tỉnh tại và động cơ trên
các phương tiện giao thông đường thuỷ.
Các đề tài gần như chưa thực nghiệm kết quả thu được cho các chế độ và
phạm vi hoạt động của động cơ ô tô, chưa có khâu kết nối giữa năng lượng thu được
và hệ thống trên xe, chưa có thông số cho từng loại động cơ có dung tích xy lanh
khác nhau.
1.2. M tài

Trước tình hình đó, đề tài được nghiên cứu với mục tiêu cụ thể như sau:
- Đánh giá mức độ phát thải và khả năng tái sử dụng nguồn nhiệt phát thải từ
khí khả động cơ ô tô với điều kiện kinh tế và khoa học kỹ thuật ở Việt Nam.
- ng dụng công nghệ TEG chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng
- Thiết kế, chế tạo máy phát kiểu nhiệt điện thu hồi nhiệt phát thải cung cấp cho
phụ tải điện và kết nối song song với máy phát điện truyển thống trên ô tô.
1.3. Nhim v và gii hn
- Nghiên cứu nhiệt lượng phát thải trên động cơ đốt trong
- Nghiên cứu các phương án thu hồi nhiệt phát thải ứng dụng cho động cơ ô tô
- Nghiên cứu hiệu ứng nhiệt điện
- Thiết kế, chế tạo mô hình máy phát kiểu nhiệt điện trên ô tô
- Thực nghiệm trên mô hình động cơ
1.4. u
- Phương pháp thu thập và tham khảo tài liệu
- Phương pháp mô hình hoá và mô phỏng trên máy tính
- Phương pháp thực nghiệm