Master's Thesis

Air Heat Recovery from Vehicle Cabine

Final Thesis 5.03 MB

Author of thesis: Bc. Michal Sechovec

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jiří Bazala, Ph.D.

Reviewer: Ing. Michael Böhm, Ph.D.

Abstract:

This thesis investigates the thermodynamic viability of a rotary heat exchanger to recover cabin waste heat in battery electric vehicles, aiming to mitigate the energy consumption of PTC heaters. Based on the physical prototype, a 1D model of rotary heat exchanger was developed in the GT-Suite environment. The validated model (relative error < 5%) demonstrated a peak gross temperature effectiveness of 52% at 22 rpm. While a full cabin simulation confirmed 30 seconds faster onset of thermal comfort during a winter driving cycle, the absolute energy savings were severely constrained by aerodynamics bottlenecks in experimental setup. Because these bottlenecks limited the recuperated mass flow to only 5 to 10% of the required cabin airflow, the energy consumption during the WLTC was decreased from 2.371 kWh to 2.344 kWh. The research validates the rotary heat exchanger potential but underscores the critical need for flow path optimization and robust sealing for practical automotive integration.

Keywords:

Rotary heat exchanger, heat recovery, GT-Suite, thermal comfort, vehicle cabin

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval zkušební komisi svou závěrečnou práci a zodpověděl otázky oponenta. Otázky oponenta: 1) V části zjednodušujících předpokladů uvádíte, že byl zanedbán vliv vlhkosti a latentního tepla. Jsou tyto vlivy i v reálném provozu zanedbatelné? Popište, jak by tyto vlivy mohly ovlivnit výsledky. Hodnocení: Zodpovězeno 2) V práci je uvedeno, že rozměry výměníku se odvíjejí primárně z dostupného zástavbového prostoru. Byl tedy tento výměník vyvíjen pro konkrétní typ vozidel? Jsou další navrhované konstrukční úpravy v souladu s těmito rozměry? Kde na vozidle se uvažuje o instalaci tohoto výměníku? Hodnocení: Zodpovězeno Následně odpovídal na otázky členů zkušební komise: 1) Kolik vzduchu je v kabině během jízdy? Hodnocení: Zodpovězeno 2) Jak je výměnník zástavbově náročný? Hodnocení: Zodpovězeno 3) Jakým způsobem byste provedl zástavbu výměnníku do vozu? Hodnocení: Zodpovězeno 4) Zohlednil jste tlakové poměry v kabině? Hodnocení: Zodpovězeno 5) Validoval jste výpočetní model, jakým způsobem? Hodnocení: Zodpovězeno

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Automotive and Material Handling Engineering (N-ADI-P)

Composition of Committee

doc. Ing. Petr Porteš, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. František Bauer, CSc. (místopředseda)
Ing. František Zapletal, Dr. (člen)
Ing. Lukáš Šopík (člen)
doc. Ing. Zdeněk Kaplan, CSc. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jiří Bazala, Ph.D.

Pan Sechovec přistupoval k práci zodpovědně, proaktivně a s plným využitím nabízené stáže ve vývojovém centru a laboratoři společnosti Hanon Systems, kde prokázal také schopnost týmové spolupráce. Právě díky možnosti pravidelně navštěvovat vývojové centrum tato práce potvrdila, že rozšířená synergie mezi studentem, firmou a vysokou školou je pro všechny strany velmi prospěšná.

Práce se zabývá komplexním řešením rotačního výměníku jakožto regenerátoru tepla pro osobní vozidla. Je hezky strukturovaná s optimálním množstvím teoretické části. V praktické části student nejprve zkonstruoval řešení rotačního výměníku v laboratoři, změřil potřebné kalibrační body a vytvořil prediktivní 1D model, který následně zpětně ověřil, a tím i verifikoval. Samotný model vyžadoval velkou dávku vlastní invence, protože prediktivní model rotačního výměníku nelze řešit pomocí jednoduchého prvku ze softwarových knihoven. Výsledný model autor zakomponoval do modelu kabiny vozidla a následně sledoval hladinu tepelného komfortu a energetickou bilanci. Student sám už během práce proaktivně navrhoval řešení, když se jednotlivá měření nebo simulační model nesetkávaly s očekáváním. Líbí se mi i kritické pojetí závěru, kde student správně popisuje další kroky v optimalizaci konstrukčního řešení, a tím dokazuje a potvrzuje, že inženýrským přístupem je neustále hledat lepší řešení.

Kladně musím hodnotit způsob interpretace výsledků, a to jak ve formě slovní, tak grafické v podobě tabulek, grafů i příloh. Výsledky simulací a testů pana Sechovce mohou najít uplatnění v dalším vývoji, což značí vysokou míru využitelnosti této práce v praxi. Body zadání byly splněny ve všech ohledech, a to včetně podmínky zpracování v anglickém jazyce. Práci jednoznačně doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Michael Böhm, Ph.D.

Diplomová práce pana Bc. Michala Sechovce se zabývá možností využití rotačního výměníku tepla pro rekuperaci tepla z odpadního vzduchu kabiny elektrického vozidla. Práce je zpracována v anglickém jazyce a vznikla ve spolupráci s průmyslovým partnerem Hanon Systems. Téma práce je velmi aktuální, protože energetická náročnost vytápění kabiny představuje u bateriových elektromobilů významnou zátěž, která může v zimních podmínkách citelně snižovat dojezd vozidla.

Práce má celkový rozsah 92 stran a je členěna na teoretickou část, experimentální část, tvorbu a validaci 1D modelu rotačního výměníku v GT-SUITE a následnou integraci výměníku do simulačního modelu kabiny vozidla.

Teoretická část se zabývá mechanismy přenosu tepla, základními typy výměníků, rotačními regenerátory, těsněním, úniky, purge sektorem, tepelným komfortem v kabině vozidla a principy rekuperace tepla z kabinového vzduchu. Tato část je zpracována přehledně a poskytuje dobrý základ pro praktickou část. Místy je však poněkud obecná a některé kapitoly mají spíše učebnicový charakter.

Autor pracoval s fyzickým prototypem rotačního výměníku tepla, jehož konstrukce byla dále upravována pro potřeby měření. Autor provedl měření teplot, průtoků i tlakových ztrát a následně tato data využil pro kalibraci modelu v prostředí GT-SUITE.

Ve prospěch práce hovoří skutečnost, že autor nezůstal pouze u simulací, ale řešil i praktické problémy experimentálního zařízení. Schopnost kriticky vyhodnotit vlastní experimentální setup hodnotím velmi pozitivně. V simulační části autor vytvořil 1D model rotačního výměníku v prostředí GT-SUITE. Model byl kalibrován pomocí vlastní korelace Nusseltova čísla a následně validován vůči experimentálním datům. Tento model byl následně integrován i do modelu tepelného managementu kabiny vozidla.

Za hlavní omezení práce považuji nutnost extrapolace výsledků na reálné automobilové průtoky. Dalším omezením je skutečnost, že práce uvažuje pouze citelný tepelný přenos a zanedbává vlhkost a latentní teplo.

Formální stránka práce je celkově dobrá. Text je srozumitelný a odborně čitelný, i když obsahuje určité množství gramatických a stylistických nedostatků. Autor transparentně uvádí využití nástroje Gemini pro jazykovou korekturu a pro tvorbu některých ilustračních obrázků.

Student splnil všechny body zadání, vytvořil funkční experimentální přípravek, validovaný 1D model rotačního výměníku tepla a provedl jeho integraci do modelu kabiny vozidla. Práci doporučuji k obhajobě s celkovým hodnocením A / výborně.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. V části zjednodušujících předpokladů uvádíte, že byl zanedbán vliv vlhkosti a latentního tepla. Jsou tyto vlivy i v reálném provozu zanedbatelné? Popište, jak by tyto vlivy mohly ovlivnit výsledky.
  2. V práci je uvedeno, že rozměry výměníku se odvíjejí primárně z dostupného zástavbového prostoru. Byl tedy tento výměník vyvíjen pro konkrétní typ vozidel? Jsou další navrhované konstrukční úpravy v souladu s těmito rozměry? Kde na vozidle se uvažuje o instalaci tohoto výměníku?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová