Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка научно-технических решений в области создания систем рекуперации энергии термоэлектрическим преобразованием для транспортных средств

Номер контракта: 14.577.21.0184

Руководитель: Хрипач Николай Анатольевич

Должность: Заведующий кафедрой "Автомобильные и тракторные двигатели"

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
двигатели внутреннего сгорания, тепловая энергия, преобразование энергии, термоэлектрический радиатор, энергосбережение, система охлаждения, термоэлектрический модуль

Цель проекта:
Реализуемый проект направлен на: 1. Создание научно-технического задела области создания продукции и технологий для модернизации и дальнейшего развития отраслей экономики. 2. Повышение эффективности рекуперации энергии силовых установок термоэлектрическим преобразованием рассеиваемого тепла в электрическую энергию на борту наземных транспортных средств. Целью реализуемого проекта является создание научно-технического задела в области бортовой генерации электрической энергии непосредственным преобразованием рассеиваемого тепла в системе термостатирования транспортных энергоустановок.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения прикладных научных исследований планируется достижение следующих основных результатов:
- разработка математической модели термоэлектрической системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания;
- разработка принципиальной схемы макета термоэлектрической системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания;
- разработка электронного макета и эскизной конструкторской документации на макет термоэлектрической системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания;
- изготовление макета термоэлектрической системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания;
- разработка и создание стенда для исследования особенностей работы и доводки макета термоэлектрической системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания;
- проведение исследовательских испытаний и отладка программного обеспечения макета термоэлектрической системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания;
- обобщение и оценка результатов исследований;
- разработка проекта технического задания на проведение ОКР по теме: «Разработка и создание опытного образца термоэлектрической системы охлаждения с преобразованием теплоты в электрическую энергию, мощностью не менее 1.5 кВт, для двигателя внутреннего сгорания».
Разрабатываемый макет термоэлектрической системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания должен обеспечивать:
- преобразование до 5% тепловой энергии, рассеиваемой радиаторами системы охлаждения и смазки, в электроэнергию при сохранении требуемого температурного режима работы двигателя;
- преобразование тепловой энергии, выделяемой двигателем внутреннего сгорания в электрическую энергию, мощностью не менее 0,7 кВт.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Разрабатываемая в настоящем проекте термоэлектрическая система охлаждения двигателя внутреннего сгорания, позволит обеспечить преобразование до 5% тепловой энергии, рассеиваемой радиаторами системы охлаждения и смазки, в электроэнергию.
На заключительном этапе данного научного исследования планируется разработка проекта технического задания на проведение ОКР по теме: «Разработка и создание опытного образца термоэлектрической системы охлаждения с преобразованием теплоты в электрическую энергию, мощностью не менее 1,5 кВт, для двигателя внутреннего сгорания».
Новизна предлагаемых технических решений будет подтверждена созданием заявок на охранные документы объектов интеллектуальной собственности, научными публикациями в рецензируемых отечественных и зарубежных журналах входящих в базы Scopus и Web of Science, внедрением в образовательный процесс профильных ВУЗов, докладами на семинарах и конференциях.
Мировые автопроизводители, такие как General Motors, BMW и Toyota, разрабатывают устройства для утилизации тепловой энергии, проводят их испытания, как лабораторных макетов, так и в составе транспортных средств. При этом данные устройства предназначены для использования тепла отработавших газов, а не менее перспективные источники теплоты, такие как система охлаждения теплового двигателя, позволяющий дополнительно улучшить энергоэффективность ДВС, практически не рассматривается.
В настоящий момент в Российской Федерации наблюдается значительное отставание в области утилизации тепла энергоустановок различного назначения с применением термоэлектрических модулей. Все работы сводятся, в основном, к разработке теоретических материалов без создания макетных образцов и проведения должных экспериментальных исследований и внедрения разработок в производство. Это позволяет сделать вывод, что для увеличения конкурентоспособности российских разработок в области автомобилестроения на мировой арене, необходимо развитие технологий преобразования тепловой энергии в электрическую.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Термоэлектрическая система охлаждения двигателя внутреннего сгорания должна быть предназначена для использования в транспортной отрасли как система регулирования температуры двигателя внутреннего сгорания, так и в качестве источника электрической энергии, в том числе для транспортных средств, мобильных и стационарных энергоустановок.
Разработанная термоэлектрическая система охлаждения двигателя внутреннего сгорания предназначена для повышения эффективности термоэлектрической рекуперации энергии энергоустановок преобразованием рассеиваемого тепла в электричество на борту наземных транспортных средств. Разработанная система может быть использована на любом из видов наземного транспорта с двигателем внутреннего сгорания, в том числе в составе стационарных и мобильных энергоустановок как серийных, ныне выпускаемых, так и вновь разрабатываемых.
Социально-экономические эффекты от использования продукции, созданных на основе результатов данного исследования будут выражены в:
• повышении энергоэффективности энергоустановок транспортных средств, в том числе в:
- снижении потребления топлива транспортными средствами;
- снижении выбросов вредных веществ транспортными средствами;
• улучшение потребительских свойств существующей продукции;
• разработке термоэлектрической системы охлаждения для транспортных средств, не имеющих мировых и отечественных аналогов.
Применение на транспортных средствах и энергоустановках различного назначения с двигателем внутреннего сгорания разработанных термоэлектрических систем охлаждения позволит сохранить энергоресурсы и улучшить экологию окружающей среды.
Результаты выполненных работ будут использованы при дальнейшем проектировании термоэлектрических систем охлаждения для преобразования энергии тепловых двигателей внутреннего сгорания. Результаты исследований могут быть использованы для проведения дальнейших опытно-конструкторских и опытно-технологических работ, направленных на создание новых типов термоэлектрических систем охлаждения, что позволит повысить конкурентоспособность отечественной продукции. Внедрение разработанных технологических решений в существующую архитектуру серийных и вновь выпускаемых двигателей рекомендуется осуществлять в виде модулей. Это сделает конструкцию двигателей более гибкой, позволит расширить типаж выпускаемой продукции, не меняя общепринятую сложившуюся архитектуру двигателя внутреннего сгорания. В том числе результаты работ могут быть использованы при обучении студентов и аспирантов по специальности 05.04.02 «Тепловые двигатели».

Текущие результаты проекта:
В ходе проведения ПНИЭР на этапе 1 выполняются следующие работы:
1. Выполнение аналитического обзора современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИЭР, в том числе обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и (или) российских научных журналах, монографии и (или) патенты) - не менее 15 научно-информационных источников за период 2010 – 2015 гг.
2. Выбор и обоснование направления исследований, в том числе:
- проведение патентных исследований в соответствии с ГОСТ 15.011-96;
- проведение сравнительной оценки эффективности возможных направлений исследований;
- разработка вариантов возможных решений задачи, выбор и обоснование оптимального варианта решения задачи.
3. Разработка математической модели термоэлектрической системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания.
4. Разработка принципиальной схемы макета термоэлектрической системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания.
5. Разработка принципиальной схемы стенда для исследования особенностей работы и доводки макета термоэлектрической системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания.
6. Разработка технических требований на разрабатываемый макет термоэлектрической системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания.
7. Разработка технических требований на стенд для исследования особенностей работы и доводки макета термоэлектрической системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания.