Hcmute nghiên cứu chế tạo mô hình máy phát nhiệt điện sử dụng nhiệt năng từ khí xả động cơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ÐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ÐIỂM NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY PHÁT NHIỆT ÐIỆN SỬ DỤNG NHIỆT NĂNG TỪ KHÍ XẢ ÐỘNG CƠ Mã số: T2014-23TÐ Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS ÐỖ VĂN DŨNG S K C0 1 Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2014 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY PHÁT NHIỆT ĐIỆN SỬ DỤNG NHIỆT NĂNG TỪ KHÍ XẢ ĐỘNG CƠ Mã số: T2014-23TĐ Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG TP HCM, 11/2014 Luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY PHÁT NHIỆT ĐIỆN SỬ DỤNG NHIỆT NĂNG TỪ KHÍ XẢ ĐỘNG CƠ Mã số: T2014-23TĐ Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG TP HCM, 11/2014 Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm T2014-23TĐ DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA Chủ nhiệm đề tài: Thành viên tham gia: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG KS LÊ QUANG VŨ GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Dũng HVTH: Lê Quang Vũ i Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC MS:T2014-23TĐ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp HCM, Ngày tháng năm THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung: - Tên đề tài: “Nghiên cứu chế tạo mơ hình máy phát nhiệt điện sử dụng nhiệt từ khí xả động cơ” - Mã số: T2014-23TĐ - Chủ nhiệm: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: 10/01/2014 đến 05/11/2014 Mục tiêu: Đề tài nghiên cứu với mục tiêu chế tạo máy phát nhiệt điện lắp đặt xe hành nhằm cung cấp điện cho phụ tải, góp phần nâng cao hiệu suất sử dụng nhiên liệu động Tính sáng tạo: Đề tài ứng dụng thành công hiệu ứng Seebeck vào việc thu hồi nhiệt phát thải động đốt Máy phát có kết cấu nhỏ gọn lắp đặt trực tiếp đường ống xả động Điện thu có hiệu điện phù hợp với hệ thống điện ô tô Kết nghiên cứu: Đề tài xây dựng thành cơng mơ hình tốn máy phát nhiệt điện có kết mơ sát với thực nghiệm Máy phát nhiệt điện có khả tái sản xuất lượng với công suất 30W mức điện áp 14V Sản phẩm: - 01 mô hình máy phát nhiệt điện lắp động 02 báo khoa học công bố Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: Kết đề tài góp phần nâng cao hiệu suất động cơ, giảm thiểu tiêu hao nhiên liệu, giảm ô nhiểm môi trường chống lại ấm lên tồn cầu Mơ hình máy phát nhiệt điện bước đầu cho hướng nghiên cứu thu hồi nhiệt thải Máy phát lắp động cho điện phù hợp với hệ thống điện ô tô Trƣởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) (ký, họ tên) Chủ nhiệm đề tài: PGS-TS Đỗ Văn Dũng ii Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-23TĐ INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Project title: “The study on making thermoelectric generator model using heat energy from the engine exhaust” Code number: T2014-23TĐ Coordinator: Prof DO VAN DUNG Implementing institution: Ho Chi Minh City University of Technology and Education Duration: from 10/01/2014 to 05/11/2014 Objective(s): The objective of the study make a thermoelectric generator can be installed on vehicles to provide power to the electrical load, contributing to improving the fuel efficiency of the engine Creativeness and innovativeness: This study applies the Seebeck effect to recover waste heat from the exhaust of an internal combustion engine Thermoelectric generator with compact size can be installed directly on the engine exhaust pipe The voltage of the generator is s imilar to automotive electrical systems Research results: The study make a mathematical model of the thermoelectric generator The simulation results similar to the experimental results Thermoelectric generators provide a power about 30W at 14V Products: - 01 Themoelectric generator model - 02 scientific papers published Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: The study results take part in reducing of fuel consumption and environmental pollution In addition, it also contributes in reducing of global warming Chủ nhiệm đề tài: PGS-TS Đỗ Văn Dũng iii Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-23TĐ MỤC LỤC Trang Danh sách thành viên tham gia i Thông tin kết nghiên cứu ii Mục lục iv Danh mục hình bảng biểu vii Chƣơng Tổng quan 01 1.1 Tổng quan máy phát nhiệt điện ô tô 01 1.1.1 Tính cấp thiết đề tài 01 1.1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 01 1.1.3 Những vấn đề tồn 06 1.2 Mục đích đề tài 07 1.3 Nhiệm vụ giới hạn đề tài 07 1.4 Phương pháp nghiên cứu 07 Chƣơng Cơ sở lý thuyết 08 2.1 Nhiệt phát thải động đốt 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 mô-đun nhiệt điện 13 2.3.1 Hiệu ứng nhiệt điện 13 2.3.2 Mô-đun nhiệt điện 15 Chƣơng Ƣớc lƣợng nhiệt lƣợng phát thải động xăng 17 3.1 Tính tốn ước lượng khối lượng khí xả 17 3.2 Xác định thông số khí xả 18 3.3 Xác định thông số hoạt động mơ hình thí nghiệm 20 3.4 Thí nghiệm đánh giá mức độ phát thải nhiệt động xăng 5S-FE 23 Chƣơng Đánh giá khả ứng dụng TEG thu hồi nhiệt thải 25 Chủ nhiệm đề tài: PGS-TS Đỗ Văn Dũng iv Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-23TĐ 4.1 Xây dựng mơ hình tốn mơ-đun TEG 25 4.2 Thiết kế, chế tạo thí nghiệm 27 4.2.1 Thiết kế trao đổi nhiệt cho mô-đun TEG 27 4.2.2 Chế tạo lắp đặt mơ hình thí nghiệm 28 4.3 Thực nghiệm thu thập liệu 29 4.3.1 Sơ đồ khối bố trí thí nghiệm 29 4.3.2 Thí nghiệm thu thập liệu mô-đun TEG 30 Chƣơng Thiết kế chế tạo mô hình máy phát kiểu nhiệt điện 35 5.1 Thiết kế phần 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 thử nghiệm thu hồi nhiệt 40 5.3 Xây dựng mơ hình máy phát nhiệt điện 42 5.3.1 Mơ hình hóa máy phát nhiệt điện 42 5.3.2 Mơ hệ thống máy tính phần mềm Matlab 45 5.4 Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển 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 liệu 56 Chƣơng Thực nghiệm hệ thống máy phát nhiệt điện 59 6.1 Mục tiêu thực nghiệm 59 6.2 Thiết bị thực nghiệm 59 6.3 Kết thực nghiệm 60 6.3.1 Thực nghiệm 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 6.4 Kết luận thực nghiệm 71 Kết luận 72 Tài liệu tham khảo 74 Chủ nhiệm đề tài: PGS-TS Đỗ Văn Dũng v Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-23TĐ Phụ lục 76 Chủ nhiệm đề tài: PGS-TS Đỗ Văn Dũng vi Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-23TĐ DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU Trang Hình 1.1: Mặt cắt cấu trúc thu nhiệt Douglas 02 Hình 1.2: Đặc tuyến kết nghiên cứu Douglas 03 Hình 1.3: Bộ chuyển đổi nhiệt điện Meisner 03 Hình 1.4: Đặc tuyến làm việc chất bán dẫn 04 Hình 1.5: Bố trí cặp nhiệt điện phân bố nhiệt độ khí xả 04 Hình 1.6: Phân phối lượng động đốt 05 Hình 1.7: Đặc tuyến cơng suất theo nhiệt độ 05 Hình 1.8: Bố trí thí nghiệm thơng số kỹ thuật 06 Hình 2.1:Thành phần khí xả động xăng 09 Hình 2.2: Thành phần khí xả động Diesel 09 Hình 2.3:Cấu trúc mô-đun nhiệt điện 16 Hình 3.1: Mơ hình tính tốn lượng khí xả 17 Hình 3.2: Tồn cảnh thí nghiệm thu thập liệu khí xả động 20 Hình 3.3: Sơ đồ khối hệ thống thu thập 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 xử lý liệu 22 Hình 3.7: Lưu đồ giải thuật thu thập liệu 22 Hình 3.8: Giao diện thu thập liệu 23 Hình 3.9: Bố trí thí nghiệm 23 Hình 3.10: Tín hiệu qua xử lý cảm biến lambda 24 Hình 4.1: Mơ hình mơ-đun TEG 25 Hình 4.2: Hình chụp mơ-đun HTG1-12710 27 Hình 4.3: Bộ thí nghiệm mơ-đun HTG1-12710 27 Hình 4.4: Đầu dò nhiệt độ loại K 28 Hình 4.5: Bộ trao đổi nhiệt thí nghiệm mơ-đun HTG1-12710 28 Chủ nhiệm đề tài: PGS-TS Đỗ Văn Dũng vii Luan van Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-23TĐ điện tiếp tục cho hoạt động chế độ ghép nối tiếp bốn mô-đun vật liệu nhiệt điện Khi công suất đạt 14W bắt đầu chuyển đổi ghép nối sang chế độ ghép hỗn hợp Hình 6.6 Hình 6.6: Q trình chuyển đổi ghép nối mơ-đun nhiệt điện Theo kết thu Hình 6.6, sau chuyển qua ghép hỗn hợp điện áp phát giảm từ 10V 8V Nguyên nhân điện áp giảm hệ số Seebeck giảm nửa so với ban đầu Tuy nhiên theo quan sát ta thấy dịng điện tăng lên gấp đơi từ 1,2A lên 2,4A có dãy vật liệu mắc song song Chính cơng suất phát tăng từ 14W lên gần 20W Tiếp tục cho tăng nhiệt độ máy phát, người làm đề tài nhận thấy công suất tiếp tục tăng lên đ ạt gần 26W kết thúc trình thử nghiệm Tiếp tục cho hệ thống hoạt động với mức nhiệt độ tăng dần để thu thập liệu kiểm nghiệm mơ hình tốn xây dựng Chương Trong phần thực nghiệm này, bảng hiển thị nhiệt độ có thay đổi chức đồng hồ nhiệt Đồng hồ hiển thị nhiệt độ nước làm mát vào giải nhiệt kết nối với cảm biến nhiệt độ mặt nóng đặt thân mặt nóng Sự thay đổi chức đo lường đồng hồ đo nhiệt thể Hình 6.7 Chủ nhiệm đề tài: PGS-TS Đỗ Văn Dũng Luan van 62 Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-23TĐ Hình 6.7: Chuyển đổi đồng hồ đo Twin thành Th Với cách đo nhiệt độ trên, giá trị nhiệt độ nước nóng thu khơng phải nhiệt độ mặt nóng mặt lạnh Để tính độ chênh lệnh nhiệt độ hai mặt lớp vật liệu nhiệt điện, cơng thức tính có thêm hệ số điều chỉnh khc Độ chênh lệch nhiệt độ xác định theo công thức sau: ΔT = khc(Th - Twout) (6.1) Tiến hành thực nghiệm lấy thông số với tải điện bóng đèn dây tóc có điện trở [Ω], mô-đun cho ghép song song ta có bảng thơng số thực nghiệm bảng 6.1 sau: Bảng 6.1: Bảng thực nghiệm trình chuyển đổi nhiệt điện TT 10 U[V] 7,6 8,13 8,62 9,32 9,73 10,1 10,7 10,9 11,6 12,05 I[A] 0,97 1,01 1,04 1,09 1,11 1,13 1,14 1,17 1,22 1,26 P[W] 7,4 8,2 8,9 10,2 10,8 11,4 11,9 12,7 14,1 15,2 Teout[oC] 220 228 236 247 253 259 265 284 292 307 Tein[oC] 143 149 154 162 167 171 177 192 198 213 Th[oC] 114 120 126 134 138 142 147 162 167 181 Twout[oC] 33 34 35 36 36 37 38 41 42 49 Từ liệu bảng thực nghiệm trên, người làm đề tài thành lập bảng giá trị thực nghiệm với mô hình tốn theo tham số điện áp để tìm hệ số khc Bảng 6.2 Trong UTN điện áp thực nghiệm, UMH điện áp tính tốn theo mơ hình tốn xây dựng khc hệ số hiệu chỉnh công thức 6.1 Từ công thức 6.1 kết hợp với 5.10 ta có cơng thức xác định hệ số hiệu chỉnh sau: 𝑘ℎ𝑐 = − 𝑈𝑀𝐻 −𝑈𝑇𝑁 𝑈𝑀𝐻 Chủ nhiệm đề tài: PGS-TS Đỗ Văn Dũng Luan van (6.2) 63 Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-23TĐ Từ công thức hiệu chỉnh, đề tài tìm hệ số hiệu chỉnh điểm đo để đưa thơng số hiệu chỉnh trung bình Khct Từ điểm đo hiệu chỉnh theo cơng thức sau Uhc = Khct U (6.3) MH Thực phép hiệu chỉnh có bảng tính sai số sau Bảng 6.2 Bảng tính xác định hệ số hiệu chỉnh k hc TT 10 ΔT UTN 81 7,6 86 8,13 91 8,62 98 9,32 102 9,73 105 10,1 109 10,7 121 10,9 125 11,6 132 12,05 Giá trị trung bình UMH 9,76 10,26 10,74 11,4 11,76 12,03 12,38 13,39 13,71 14,25 k hc 0,78 0,79 0,8 0,82 0,83 0,84 0,86 0,81 0,85 0,85 0,82 Uhc 8,06 8,49 8,92 9,5 9,82 10,06 10,37 11,29 11,58 12,09 ΔU 0,46 0,36 0,3 0,18 0,09 0,04 0,33 0,39 0,02 0,04 0,22 Theo thông số bảng tính ta có hệ số hiệu chỉnh trung bình thí nghiệm Khct = 0,82 Áp dụng thơng số hiệu chỉnh trung bình vào mơ hình tốn để xác định điện áp hiệu chỉnh Uhc cho kết sai số bảng trên, tiến hành vẽ đặc tuyết so sánh với thực nghiệm đồ thị cơng suất điện áp Hình 6.8 với sai số trung bình 0,22[V] 0,42[W] Hình 6.8: Đồ thị so sánh thực nghiệm với mơ hình tốn chế độ đấu song song Chủ nhiệm đề tài: PGS-TS Đỗ Văn Dũng Luan van 64 Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-23TĐ Qua thử nghiệm khả phát điện phận chuyển đổi nhiệt điện, đề tài kết luận số điểm cần lưu ý sau: - Khi động chạy chế độ không tải, cơng suất phận chuyển đổi nhiệt điện đạt gần 30W, trình chuyển chế độ diễn liên tục - Điện áp phận phát điện có dịng tải khoảng 2,5A đạt 10V - Thông số thực nghiệm động gần sát với mơ hình tốn chấp nhận với sai số nhỏ 6.3.2 Thực nghiệm mạch chuyển đổi điện áp DC-DC Để đơn giản tăng giải giá trị thông số thực nghiệm, hệ thống chuyển đổi điện áp thực nghiệm cách cấp nguồn điện từ nguồn riêng Trên nguồn có vít chỉnh thay đổi điện áp Tải điện sử dụng bóng đèn dây tóc Cơng suất đầu thay đổi cách chỉnh điện áp ngõ Toàn cảnh thực nghiệm phận chuyển đổi điện áp xưởng điện tơ chụp Hình 6.9 Hình 6.9: Thí nghiệm đánh giá khả phát điện máy phát nhiệt điện Tiến hành thử nghiệm chuyển đổi điện áp, người làm đề tài đặt điện áp ngõ vào mức 9V tăng dần điện áp ngõ đ ặt tải bóng đèn dây tóc 12V-25W Thử nghiệm bắt đầu với thông số ban đầu Hình 6.10 cho thấy đặt mức chênh lệch điện áp hiệu suất mạch chuyển đổi đạt 87% Chủ nhiệm đề tài: PGS-TS Đỗ Văn Dũng Luan van 65 Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-23TĐ Hình 6.10: Dữ liệu thí nghiệm đánh giá khả chuyển đổi điện áp điều khiển điện áp Sau thông số kết nối ổn định, cho điện áp ngõ tăng dần lên tới 15,6V mạch điện hoạt động cho điện áp dòng tăng lên đ ạt hiệu suất chuyển đổi 83% Quá trình thử nghiệm Boost converter điện áp thể giao diện Hình 6.11 Hình 6.11: Đặc tuyến thơng số q trình thử nghiệm mạch tăng áp Để thử nghiệm khả ổn định điện áp ngõ có thay đổi điện áp ngõ vào Thí nghiệm thứ hai mạch chuyển đổi điện áp tiến hành cách đặt điện áp ngõ mức 14V với mức điện áp thiết bị điện ô tô thay đổi điện áp ngõ vào Kết thử nghiệm Hình 6.12 Chủ nhiệm đề tài: PGS-TS Đỗ Văn Dũng Luan van 66 Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-23TĐ Hình 6.12: Đặc tuyến thơng số q trình thử nghiệm mạch ổn áp Kết Hình 6.12 cho thấy điện áp ngõ vào thay đổi điện áp ngõ đạt mức yêu cầu 14V Qua hai thử nghiệm mạch chuyển đổi ổn định điện áp trên, có hai vấn đề cần bàn luận sau: - Mạch chuyển đổi điện áp boost điện áp tốt với hiệu suất từ 83% đến 87% mức điện áp đầu vào khoảng từ 9V, mức phù hợp với điện áp phát chuyển đổi nhiệt điện thử nghiệm khả phát điện mô-đun nhiệt điện - Mạch ổn áp cho điện áp ổn định đạt công suất cao mức phát chế độ động chạy không tải 6.3.3 Thực nghiệm hệ thống máy phát nhiệt điện Sau thử nghiệm khả phát điện phận phát điện hoạt động mạch chuyển đổi điện áp cho kết tương đối phù hợp với điều khiện hoạt động hai phận Để tài tiến hành ghép nối phận hệ thống tạo tải điện để thu thập liệu máy phát Điện áp phát cung cấp cho tải thiết lập có mức điện áp ổn định 14V Sau cho động hoạt động số vòng quay 2.500 vòng/phút Nhiệt độ đường ống xả bắt đầu tăng, hệ thống bắt đầu cho điện Khi nhiệt độ khí xả vào máy phát đạt 245 OC, nhiệt độ khối nóng đạt 140 OC hệ thống bắt đầu cho kéo tải điện với bóng đèn 20W Trạng thái hệ thống lúc quan sát Hình 6.13 Chủ nhiệm đề tài: PGS-TS Đỗ Văn Dũng Luan van 67 Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-23TĐ Hình 6.13 Đặc tuyến thơng số trạng thái trình thử nghiệm máy phát điện Căn theo thơng số đặc tuyến Hình 6.13, máy phát phát công suất 23,4W điện áp đạt 9,13V Bộ chuyển đổi điện áp đạt hiệu suất 81%, tải điện có điện áp 14,2V cơng suất tải 19W Sau khoảng thời gian nhiệt độ khí vào đạt 295 OC, nhiệt độ nóng đạt 157 OC Trạng thái hệ thống quan sát Hình 6.14 Hình 6.14: Đặc tuyến thơng số trạng thái thử nghiệm máy phát nhiệt điện Căn theo thơng số đặc tuyến Hình 6.14, máy phát phát công suất 22,7W điện áp đạt 10,21V Bộ chuyển đổi điện áp đạt hiệu suất 81%, tải điện có điện áp 14,1V cơng suất tải 18W Chủ nhiệm đề tài: PGS-TS Đỗ Văn Dũng Luan van 68 Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-23TĐ Như hệ thống máy phát nhiệt điện hoạt động cho điện áp 20W mức điện áp chuẩn 14V Với mức điện áp tham gia cung cấp cho hệ thống điện ô tô sử dụng cấp nguồn cho số thiết bị điện khác Để thử nghiệm khả tham gia cung cấp điện cho hệ thống ô tô, đề tài tiến hành thử nghiệm khả nạp cho ắc quy Toàn cảnh thử nghiệm nạp Accu chụp Hình 6.15 Hình 6.15 Thử nghiệm khả nạp ắc quy máy phát Sau kết nối đầu công suất máy phát với ắc quy Bắt đầu chỉnh điện áp tăng dần từ mức 12V, điện áp chỉnh đạt mức điện áp ắc quy hệ thống bắt đầu nạp Trạng thái hệ thống quan sát Hình 6.16 Hình 6.16: Thơng số trạng thái hệ thống nạp ắc quy Chủ nhiệm đề tài: PGS-TS Đỗ Văn Dũng Luan van 69 Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-23TĐ Từ Hình 6.16 ta thấy điện áp nạp ắc quy đạt 13,3V dịng nạp đạt 1,1A, cơng suất nạp 15W hệ thống phát công suất 17W, hiệu suất chuyển đổi điện áp 90% Tiếp tục tăng dần điện áp nạp ắc quy lên mức cao Hệ thống lúc quan sát Hình 6.17 Hình 6.17: Thơng số trạng thái hệ thống nạp ắc quy Quan sát hình chụp thơng số Hình 6.17 cho thây cơng suất nạp lúc lên tới 16,9W, dòng nạp đạt 1,3A hệ thống phát công suất 19,5W Hiệu suất chuyển đổi điện áp đạt 87% Khi điện áp tăng lên 13,5V, thông số hệ thống mô tả Hình 6.18 Hình 6.18: Thơng số trạng thái hệ thống nạp ắc quy Quan sát thơng số hệ thống từ Hình 6.18 cho thấy hệ thống nạp với công suất gần 20W, máy phát cung cấp công suất 24,3W hiệu suất chuyển đổi giảm Chủ nhiệm đề tài: PGS-TS Đỗ Văn Dũng Luan van 70 Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-23TĐ xuống 82% Tiếp tục tăng điện áp nạp ắc quy lên 13,7V Lúc hệ thống máy phát nạp ắc quy với dịng nạp 1,7A, cơng suất nạp đạt 23,7W phận phát điện phát công suất gần 30W mức điện áp 9,23V Các thơng số quan sát Hình 6.19 Hình 6.19: Thông số trạng thái hệ thống nạp ắc quy Trong điều kiện hoạt động chế độ động chạy khơng tải với tốc độ 2500 vịng/phút Khi tiếp tục tăng diện áp cho thấy hệ thống bị tải Điều chứng tỏ công suất máy phát nhiệt điện điều kiện đạt 30W, điều phù hợp với kết mô Hình 5.32 Chương 6.4 Kết luận thực nghiệm Sau trình thực hiện, kết thực nghiệm cho thấy hệ thống máy phát nhiệt điện hoạt động tốt động cho công suất tối đa 30W Điện áp sau chuyển đổi đạt mức điện áp ổn định 14V Kết cấu máy phát nhỏ gọn có khả bố trí xe hành Các thơng số thử nghiệm q trình hoạt động máy phát phù hợp với mơ hình toán xây dựng Sản phẩm điện máy phát sau qua chuyển đổi điện áp ứng dụng bổ sung nguồn điện cho hệ thống cung cấp điện Chủ nhiệm đề tài: PGS-TS Đỗ Văn Dũng Luan van 71 Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-23TĐ KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ I Kết luận Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đạt số kết sau: - Nghiên cứu đánh giá nhiệt lượng phát thải động đốt - Nghiên cứu ứng dụng hiệu ứng nhiệt điện chuyển đổi nhiệt khí xả thành điện cung cấp cho phụ tải tơ - Mơ hình hóa máy phát nhiệt điện cỡ nhỏ thu hồi nhiệt phát thải động đốt - Thiết kế chế tạo hệ thống máy phát nhiệt điện tận dụng nhiệt khói thải động ô tô - Thực nghiệm khả ứng dụng máy phát nhiệt điện cho động đốt kiểm nghiệm mơ hình tốn xây dựng Sản phẩm nghiên cứu bao gồm: - Mơ hình hệ thống máy phát nhiệt điện - 01 báo khoa học đăng tuyển tập cơng trình nghiên cứu hội Cơ học Thủy khí Việt Nam 2013 - 01 báo khoa học đăng tạp chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật số 28, tháng năm 2014 - 01 báo khoa học gửi hội nghị Cơ học Thủy khí Việt Nam 2014 Ninh Thuận II Những vấn đề tồn Mặc dù nhiều vấn đề hạn chế, đề tài đạt số thành công định Tuy nhiên, đề tài nhiều vấn đề chưa giải triệt để sau: - Máy phát nhiệt điện có cơng suất cịn q nhỏ so với tiềm nhiệt lượng khí thải, hệ thống thực nghiệm động chạy chế độ không tải Chủ nhiệm đề tài: PGS-TS Đỗ Văn Dũng Luan van 72 Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm - MS:T2014-23TĐ Chưa nghiên cứu sâu truyền nhiệt thiết bị thu hồi nhiệt học lưu chất dòng khí xả chế độ hoạt động khác động - Chưa đánh giá mức độ tiết kiệm nhiên liệu động lắp đặt máy phát nhiệt điện III Hướng phát triển đề tài Trước vấn đề tồn mà đề tài chưa giải trên, tương lai đề tài hướng tới việc nghiên cứu mơ hình q dịng lưu chất khí xả động đốt Đồng thời nghiên cứu sâu trình truyền nhiệt loại vật liệu nhiệt điện nhằm mở rộng công suất máy phát thử nghiệm xe thực tế Bên cạnh đề tài nghiên cứu so sánh hai phương án làm mát sử dụng gió nước để tận dụng luồng gió xe vận hành nhằm tối ưu hóa cơng suất thu từ máy phát nhiệt điện Chủ nhiệm đề tài: PGS-TS Đỗ Văn Dũng Luan van 73 Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-23TĐ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Viết Lượng, Nguyễn Ngọc Hải, Lê Văn Đức, Phạm Lê Dần, Nồi tận dụng nhiệt khí xả động Diesel tàu thủy kiểu Moduyn, Tạp chí khoa học cơng nghệ hàng hải số 21-01/2010 [2] Nguyễn Hà Hiệp, Đào Trọng Thắng, Kết thử nghiệm thiết bị phát điện tận dụng nhiệt khí thải động Toyota 7KE, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật số 156-08/2013 [3] Douglas T Crane,John W LaGrandeur, Thermoelectric Waste Heat Recovery Program for Passenger Vehicles, National Renewable Energy Laboratory - Caltech University [4] Gregory P Meisner, Skutterudite Thermoelectric Generator For Automotive Waste Heat Recovery, General Motors Global Research & Development [5] Jihad G Haidar Jamil I Ghojel, Waste heat recovery from the exhaust of lowpower diesel engine using thermoelectric genetators, 20th International Conference on Themoelectric 2001(IEEE) [6] Kalyan K Srinivasan, Pedro J Mago, Sundar R Krishnan, Analysis of exhaust waste heat recovery from a dual fuel low temperature combustion engine using an Organic Rankine Cycle, Enegry số 35-2010 [7] Phạm Văn Kiên, Nghiên cứu tính tốn thiết kế hệ thống điều hịa tơ kiểu hấp thụ sử dụng nhiệt khí thải, Luận văn Thạc sĩ, ĐH Sư Phạm Kỹ thuật Tp HCM, 2011 [8] Audi, Motor Vehicle Exhaust Emissions, Self-Study Programmer 230 [9] Hồng Đình Tín, Lê Chí Hiệp, Nhiệt động lực học kỹ thuật, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 1997 Chủ nhiệm đề tài: PGS-TS Đỗ Văn Dũng Luan van 74 Đề tài NCKH cấp Trường Trọng điểm MS:T2014-23TĐ [10] Hồng Đình Tín, Cơ sở truyền nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2013 [11] G Jeffrey Snyder, Small Thermoelectric Generators, The Electrochemical Society interface, 2008 [12] F.Ommi, E.Movahednejad, K Nekofar, Study of injection parameters on performance and fuel consumption in a port-injected gasoline engine with experimental and theoretical methods, Journal of Engineering Annals of Faculty of Engineering Hunedoara [13] BOSCH, Automotive Electric Electronic System [14] Đỗ Văn Dũng, Hệ thống điện điều khiển động cơ, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Tp HCM, 2013 [15] Modeling of a Thermoelectric Generator for Thermal Energy Regeneration in Automobiles, Dimitri Tatarinov - Faculty of Engineering, University of Applied Sciences Trier, Schneidershof, 54293 Trier, Germany [16] G Jeffrey Snyder, Small Thermoelectric Generators [17] Modeling of a Thermoelectric Generator for Thermal Energy Regeneration in Automobiles, Dimitri Tatarinov - Faculty of Engineering, University of Applied Sciences Trier, Schneidershof, 54293 Trier, Germany [18] http://en.wikipedia.org/wiki/Boost_converter [19] Ni.com [20] http://martin-jones.com/ [21] ASC712ELCTR Datasheet Chủ nhiệm đề tài: PGS-TS Đỗ Văn Dũng Luan van 75 S K L 0 Luan van ... hình nghiên cứu nước Trong nước chưa có cơng trình nghiên cứu chế tạo máy phát điện tơ sử dụng nguồn nhiệt từ khí xả động Tuy nhiên, lĩnh vực hàng hải có cơng trình nghiên cứu thu hồi nhiệt khí. .. LỰC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MƠ HÌNH MÁY PHÁT NHIỆT ĐIỆN SỬ DỤNG NHIỆT NĂNG TỪ KHÍ XẢ ĐỘNG CƠ Mã số: T2014-23TĐ Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG... giải nhiệt máy phát nhiệt điện 40 Hình 5.12: Máy phát nhiệt điện sau gia công 40 Hình 5.13: Tồn cảnh thử nghiệm hệ thống trao đổi nhiệt 41 Hình 5.14: Mơ hình máy phát nhiệt điện