Система рекуперации тепла выхлопных газов - Википедия - Exhaust heat recovery system

Блок рекуперации тепла выхлопных газов в Toyota Prius PHV

An система рекуперации тепла выхлопных газов превращает отработанную тепловую энергию в выхлопные газы в электрическую энергию для батарей или механическую энергию, возвращаемую на коленчатый вал. Эта технология вызывает растущий интерес, поскольку производители автомобилей и тяжелых транспортных средств продолжают повышать эффективность, экономить топливо и сокращать выбросы.

Тепловые потери двигателя внутреннего сгорания

В то время как технологические усовершенствования значительно снизили расход топлива двигатель внутреннего сгорания, Пик тепловая эффективность 4-х тактного Цикл Отто двигатель составляет около 35%, что означает, что 65% энергии, выделяемой из топлива, теряется в виде тепла. Высокоскоростной Дизельный цикл двигатели работают лучше с пиковым КПД около 45%, но все еще далеки от максимальная теоретическая эффективность, при этом 55% топливной энергии отклоняется в виде тепла.

Технологии рекуперации тепла выхлопных газов

Ренкин

Основные статьи: Цикл Ренкина и органический цикл Ренкина

Цикл Ренкина системы испаряют воду под давлением с помощью парогенератора, расположенного в выхлопной трубе. В результате нагрева выхлопными газами жидкость превращается в пар. Затем пар приводит в движение расширитель двигателя Ренкина, турбину или поршни. Этот расширитель можно напрямую привязать к коленчатому валу теплового двигателя или связать с генератор для выработки электроэнергии.

Британские исследователи из Университета Лафборо и Университета Сассекса пришли к выводу, что отходящее тепло от двигателей легковых автомобилей в паросиловом цикле может обеспечить преимущества в экономии топлива на 6,3% - 31,7%, в зависимости от ездового цикла, и что высокий КПД может быть достигнут при практических рабочих давлениях.[1]

Термоэлектрические генераторы (ТЭГ)

Вторая технология, термоэлектрические генераторы (Зеебек -, Пельтье -, Томсон эффекты) также является вариантом для рекуперации тепла из выхлопной трубы, но не находит практического применения в современных автомобилях.[2]

Рекуперация тепла выхлопных газов в двигателях внутреннего сгорания с системами цикла Ренкина

Легковые автомобили

Учитывая новые американские, европейские, японские или китайские правила, которые все более и более строги в отношении выбросов CO2, рекуперация тепла выхлопных газов кажется одним из наиболее эффективных способов рекуперации свободной энергии, поскольку тепло генерируется двигателем разными способами. Многие компании разрабатывают систему на основе цикла Ренкина:

BMW

Немецкая компания была одной из первых, кто изучил рекуперацию тепла выхлопных газов с помощью системы Ренкина под названием Турбопарог.[3]

Chevrolet EGHR

Гибридный автомобиль Chevrolet Malibu 2016 года Выхлопной газ Система рекуперации тепла (EGHR) для ускорения нагрева охлаждающей жидкости. Это обеспечивает более быстрый нагрев охлаждающей жидкости двигателя, которая, в свою очередь, быстрее нагревает двигатель. Используется меньше топлива, что снижает выбросы. Это также ускорит прогревание салона для комфорта пассажиров и разморозку окон. Для гибридных приложений он также может нагревать аккумуляторную батарею. Система охлаждения соединена с теплообменником, установленным в выхлопном газе, передающим тепловую энергию выхлопного газа в систему охлаждения. Когда двигатель прогрет, выхлопные газы отводятся в перепускную трубу.[4]

Honda

Honda также разрабатывает модуль на основе цикла Ренкина для повышения общей эффективности гибридных транспортных средств за счет рекуперации тепла двигателя и преобразования его в электричество для аккумуляторной батареи. В цикле шоссе в США система цикла Ренкина регенерировала в три раза больше энергии в качестве системы рекуперативного торможения автомобиля.

Exoès

Французская компания Exoès специализируется на разработке и производстве систем рекуперации тепла выхлопных газов на основе циклов Ренкина. Система EVE, Energy Via Exhaust, приводит к экономии топлива от 5 до 15%.[5]

Парикмахер Николс

Barber-Nichols Inc. разрабатывает технологии Rankine для автомобилей.[6]

FVV

Немецкий консорциум объединяет большинство производителей двигателей внутреннего сгорания во всем мире. Две рабочие группы в настоящее время изучают системы рекуперации тепла выхлопных газов на легковых автомобилях.

Грузовики

Renault Trucks: в рамках экологической инициативы All For Fuel Eco Initiative компания Renault Trucks изучает систему Rankine для транспортных средств дальнего следования, которая может привести к 10% экономии топлива.[7] Цель состоит в том, чтобы произвести достаточно энергии, чтобы обеспечить электричеством компоненты и вспомогательное электронное оборудование, а также снизить потребление топлива за счет снижения нагрузки на генератор.[8]

Система рекуперации тепла WildFire (WFHRS)

Double Arrow Engineerings ' Система рекуперации тепла WildFire (WFHRS) находится в стадии разработки и использует потерянное тепло как охлаждающей жидкости, так и выхлопных газов. Эта система механически добавляет мощность обратно в трансмиссию, используя двигатель Ренкина в качестве метода преобразования энергии. WFHRS разработан для множества различных применений, как с фиксированной, так и с регулируемой частотой вращения, послепродажного обслуживания и OEM-приложений, но обычно ориентирован на более крупное оборудование, такое как большие шоссейные грузовики, дизельные генераторы, большие автобусы и дома на колесах, морские суда, средние дежурные грузовики и др.[9]

Поезда

IFPEN, Enogia и Alstom разрабатывают систему под названием Trenergy, предназначенную для улучшения качества поездов. эффективность топлива.[10]

Рекуперация тепла выхлопных газов в спорте

Топливная эффективность, сокращение выбросов CO2, надежность и стоимость являются необходимыми составляющими стратегии производителей Формулы 1. Автомобильный спорт - это также хорошее место для испытания и оценки технологий, которые, когда-то ставшие надежными, с меньшими затратами опыт производства, может быть адаптирован для частных автомобилей. Конструкторы Формулы 1 создали одну из первых систем рекуперации тепла выхлопных газов.[нужна цитата ], и в настоящее время эти устройства являются неотъемлемой частью встроенных технологий на F1. Рекуперация тепла должна была стать обязательной на чемпионате F1 2014 года.[нужна цитата ].

Рекомендации

  1. ^ «Исследование BMW по циклу Ренкина для рекуперации отработанного тепла показывает потенциальную дополнительную 10% выходную мощность при скоростях шоссе». Конгресс зеленых автомобилей. 2009-05-03. Получено 2013-10-12.
  2. ^ Стюарт Берч (2012-02-03). «Повышение температуры в работе BMW по утилизации отработанного тепла двигателя». Sae.org. Архивировано из оригинал на 2013-10-14. Получено 2013-10-12.
  3. ^ Тан, Пол. «BMW TurboSteamer». Paultan.org. Получено 2013-10-12.
  4. ^ «Гибридный рекуператор тепла выхлопных газов Chevrolet Malibu 2016: обзор новых возможностей» Автор: Аарон Бжозовски, GM Authority, 2 апреля 2015 г.
  5. ^ «EVE - Энергия через выхлоп - Exoès». Exoes.com. Архивировано из оригинал на 2017-04-29. Получено 2013-10-12.
  6. ^ «Органические циклы Ренкина». Парикмахер Николс. Получено 2013-10-12.
  7. ^ "Renault Trucks Corporate: пресс-релизы". Corporate.renault-trucks.com. 2011-02-09. Получено 2013-10-12.
  8. ^ «Добро пожаловать на сайт Michelin Challenge Bibendum». Michelinchallengebibendum.com. 2012-12-06. Получено 2013-10-12.
  9. ^ "WFHRS". doublearroweng.com. Получено 2016-06-04.
  10. ^ «Использование цикла Ренкина для рекуперации тепла выхлопных газов и повышения энергоэффективности поездов». Ifpenergiesnouvelles.com. 2013-03-19. Получено 2013-10-12.