Bir arabanın içten yanmalı motorunun egzoz gazının enerjisi geri kazanılabilir ve iş için kullanılabilir mi?
Bir arabanın içten yanmalı motorunun egzoz gazı daha yüksek bir sıcaklığa sahiptir ve enerjinin bu kısmı önemli görünmektedir. Enerji tasarrufu amacına ulaşmak için enerjinin bu kısmı geri kazanılabilir ve tekrar kinetik enerjiye dönüştürülebilir mi? Bir üretici ilgili deneyler yapıyorsa, bana ayrıntılı olarak anlatır mısınız?
Bugünün makalesinde, ağırlıklı olarak yeni enerji araç güç sistemleri alanında çalışan bir mühendis olan Yao Changsheng sizinle konuşacak:
"Bir arabanın içten yanmalı motorunun egzoz gazının enerjisi geri kazanılabilir ve iş yapmak için kullanılabilir mi?"
Atık Isı Geri Kazanımı (WHR) teknolojisi, atık gaz enerjisini yeniden kullanmak için teknik bir araçtır.
Otomobil motorlarında kullanılan iki ana atık ısı geri kazanım ve kullanım teknolojisi türü vardır: biri termoelektrik dönüşüm (TEG) ve ısı borusu (Isı borusu) ile kombine TEG; diğeri ise Organik Rankine Çevrimi (ORC). Eklemeye hoş geldiniz.
WHR teknolojisini tanıtmadan önce egzoz gazında ne kadar enerji olduğuna bir göz atalım.
Otomobiller için, özellikle ticari araçlar için, yakıt tüketimini azaltma ihtiyacı çok acildir.
Yakıt tüketimi konusunda, geliri artırmanın ve harcamaları azaltmanın tüm yolları, her OEM'in dikkatinin odak noktasıdır.
Daha verimli bir dizel motor için bile, motorun etkin çalışma çıktısının, giren yakıtın kimyasal enerjisinin ancak% 42-46'sını oluşturabildiği ve kalan enerjinin yarısından fazlasının ısı şeklinde kaybolduğu bilinmelidir.
Üç kayıp alanı vardır:
Sürtünme kaybı yaklaşık% 8-10, ısı transfer kaybı (motor soğutma / emme havası soğutma) ve egzoz kaybı yaklaşık% 25'tir. Cummins'in atık ısı kullanım teknolojisi hakkındaki anlatısındaki bu enerji akış diyagramı, enerjinin nereye gittiğini gösterir.
Şekilden de egzoz gazındaki enerjinin rüzgar enerjisi / mekanik enerjiye göre daha düşük dereceli olduğu ancak ısı transfer kaybı ile karşılaştırıldığında geri kazanımı daha kolay olan enerjidir.
Ardından, TEG ve ORC'nin atık gaz enerjisini nasıl geri dönüştürdüğüne bir göz atalım.
Termoelektrik dönüşüm
Termoelektrik dönüşüm prensibi, sıcaklık farkı güç üretimi elde etmek için Seebeck etkisini kullanır.Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, şekilde gösterilen yarı iletkenin üst ve alt uçları arasında bir sıcaklık farkı olduğunda, bir voltaj üretilecektir.
Bu teknoloji, düşük dönüştürme verimliliği ile sınırlıdır, bu nedenle yaygın olarak kullanılmamıştır.
Bu sınırlama, termoelektrik dönüşüm için malzeme seçimini sınırlayan sıcak uç sıcaklığa yansır, bu nedenle malzemeler TEG teknolojisinin ana kısıtlamalarından biridir.
Araştırmada, daha yüksek anma sıcaklığına sahip malzemelerin seçimi (kurşun tellürid gibi), TEG'in dönüşüm verimliliğini artırmaya yardımcı olacaktır.
TEG'e çeşitli otomobil firmaları büyük ilgi gösteriyor ancak yüksek maliyet ve düşük verimlilik nedeniyle henüz yaygın olarak kullanılmıyor.
Aşağıdaki resim Honda tarafından üretilen TEG atık ısı geri kazanım sistemini göstermektedir ve ürettiği enerji LED lamba grubu için elektrik üretmek için kullanılmaktadır.
Sistem, iki taraf arasındaki sıcaklık farkı 30 olduğunda 20W güç üretimine ulaşabilir.
Isı borulu TEG
TEG tasarımında, ısı borusu kombinasyonu daha yüksek dönüşüm verimliliği sağlayabilir.
Isı borusu, sıvı ile kapatılmış bir vakum tüpüdür, bu, içinde yalnızca doymuş sıvı ve doymuş buhar olduğu anlamına gelir.
Isı dağılımını sağlamak için iki çalışma sıvısı dönüşümü kullanır ve ısı iletim hızı, bilinen herhangi bir metalin termal iletkenliğini aşan son derece hızlıdır. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, iki uç arasında bir sıcaklık farkı olduğunda, çalışma sıvısı sıcak uçta sürekli buharlaşır ve soğuk uçta sıvılaşır. Bu süreç pasiftir ve ısı borusunun kendisi herhangi bir komponent sürücü gerektirmez.
Isı borusu TEG ile birlikte kullanılır ve ısı borusu kullanımı TEG yüzeyinin sıcaklığının gazın sıcaklığına daha yakın olmasına yardımcı olur.
Aynı zamanda, TEG sıcak uç sıcaklığı çok yüksek olduğunda, TEG'in aşırı ısınmasını da önleyebilir.
Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, iki uç arasındaki sıcaklık farkı 20 olduğunda, elektrik üretimi 28W'a ulaşır.
Bununla birlikte, bu tür dönüşüm verimliliği hala üreticileri tatmin edemez, bu nedenle çoğu termoelektrik dönüşüm teknolojisi hala laboratuvarda bulunmaktadır.
Organik Rankine Döngüsü
Bosch ve diğer şirketler tarafından geliştirilen atık ısı geri kazanım ve kullanım sistemlerini içerir.
Organik Rankine çevrimi, organik maddeyi bir çalışma sıvısı olarak kullanan bir Rankine döngüsüdür ve mevcut atık ısı geri kazanım teknolojileri arasında en verimli ve sanayileşmiş yöntemdir.
Atık ısı enerjisini emmek için çalışma sıvısı olarak düşük kaynama noktalı organik madde (etil klorür gibi) kullanır, buharlaşır ve gazlaşır ve mekanik işi gerçekleştirmek için genleştiriciye girer.Mekanik çalışma, jeneratörü elektrik üretmeye yönlendirebilir veya yararlı iş, iletim cihazı tarafından üst üste getirilebilir. Motor krank milinde.
Organik Rankine Döngü Sistemi Prensibi
Bu teknolojinin ilk uygulaması atık ısı enerjisi üretimidir. Şu anda ticari araçların enerji tasarrufu teknolojisinde önemli bir verimlilik iyileştirme yöntemi olarak geniş çapta incelenmektedir. Şu anda Amerika Birleşik Devletleri / Çin'de araştırma altında projeler bulunmaktadır.
Aslında, hacminin o kadar büyük olması gerekmez, çünkü organik Rankine döngüsü organik çalışma sıvısı kullanır.
Yoğunluğu genellikle sudan daha yüksektir, bu nedenle Rankine döngüsü güç üretim sistemi ile karşılaştırıldığında, organik Rankine döngüsünün genişletici, ısı eşanjörü ve boru hattının hacmi çok daha küçüktür.
Bununla birlikte, araçlar için Rankine döngüsünde hala birçok teknik zorluk vardır.İçten yanmalı motorun egzoz sıcaklığı sürekli değiştiğinden (genellikle 200-900 arasında) ve içten yanmalı motor soğutucusunun sıcaklığı 96-100 arasında olduğundan, çalışma sıvısı seçimi özellikle önemli.
Organik Rankine döngüsünün çalışma sıvısı, halojenli hidrokarbonlar ve amonyak gibi tek bileşenli çalışma sıvıları veya çok bileşenli çalışma sıvıları ile soğutucuya benzer.
Ayrıca, sistem parametrelerinin tasarımı (genişleticilerin tasarımı gibi) ve içten yanmalı motorlarla eşleştirilmesi de önemli konulardır. Burada genişletmeyeceğim, ORC'nin gerçek uygulamasının bir örneğine, motor verimliliğini ne kadar artırabileceğine bir göz atalım.
ABD Enerji Bakanlığı'nın süper kamyon projesinde (projenin bu yıl başlayan ikinci aşaması, DOE SuperTruck Verimliliğini Artırmak için 80 Milyon Dolarlık Finansman Açıkladı), dört ağır hizmet kamyon şirketi Cummins / Diamler / Volvo / Navistar,% 55 dizel motor etkili termal verimlilik proje hedefine ulaştı. Daha önce, Organik Rankine Döngüsünün atık ısı geri kazanımı ve kullanım teknolojisi her zaman seçiliyordu.
Cummins, geliştirilmesinde atık ısı kullanımı yoluyla orijinal verimliliği% 7,4 oranında artırabilir, bu da mutlak etkili termal verimin% 3-4 oranında artırılabileceği anlamına gelir. Cummins'in atık ısı geri kazanım ve kullanım sistemi aşağıdaki şekilde düzenlenmiştir:
Organik Rankine döngüsü için birkaç kısıtlama vardır:
Biri maliyettir;
İkincisi, aynı zamanda egzoz sıcaklığı için gereksinimlere sahip olmasıdır.Genellikle 400 üzerindeki egzoz sıcaklığı, geri kazanım verimliliğini sağlayabilir.
Ve son işlemden sonra, son işlemin sıcaklık farkı dikkate alınarak düzenlenir, eğer ORC beklenen iş verimini elde edecekse, egzoz gazının 450 üzerinde olması gerekir;
Üçüncüsü yerleşim alanıdır. Araçlar için organik Rankine döngüsü sistemi nispeten küçük bir boyuta indirilebilse de, yine de belirli bir yerleşim alanı gerektirir.Amerikan kamyonları için, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi genellikle uzun burunları vardır. Sistemi düzenlemek için alan.
Yerli kamyonların çoğu düz kafalara sahiptir, bu nedenle bu teknolojinin uygulanması, alan düzeni açısından da küçük bir sorundur.
İzinsiz çoğaltılması yasaktır.
·SON·
