System odzysku ciepła spalin - Exhaust heat recovery system
System odzysku ciepła ze spalin zamienia energię cieplną odpadową w spalinach na energię elektryczną dla akumulatorów lub energię mechaniczną ponownie wprowadzoną do wału korbowego . Technologia cieszy się coraz większym zainteresowaniem, ponieważ producenci samochodów i pojazdów ciężarowych stale zwiększają wydajność, oszczędzając paliwo i redukując emisje.
Straty cieplne silnika spalinowego
Chociaż ulepszenia technologiczne znacznie zmniejszyły zużycie paliwa przez silniki spalinowe , szczytowa sprawność cieplna czterosuwowego silnika w cyklu Otto wynosi około 35%, co oznacza, że 65% energii uwalnianej z paliwa jest tracone w postaci ciepła. Szybki cykl Diesel silniki radzą sobie lepiej z około 45% maksymalnej wydajności, ale wciąż daleko od maksymalnej wydajności teoretycznej , o 55% zawartości energetycznej paliwa oddalić jako ciepło.
Technologie odzysku ciepła ze spalin
Rankine
Systemy z obiegiem Rankine'a odparowują wodę pod ciśnieniem za pomocą generatora pary umieszczonego w rurze wydechowej. W wyniku ogrzewania spalinami płyn zamienia się w parę. Para następnie napędza ekspander silnika Rankine'a, turbinę lub tłoki. Ten ekspander może być bezpośrednio połączony z wałem korbowym silnika termicznego lub połączony z alternatorem w celu generowania energii elektrycznej.
Brytyjscy naukowcy z Loughborough University i University of Sussex doszli do wniosku, że ciepło odpadowe z lekkich silników pojazdów w cyklu zasilania parą może zapewnić oszczędność paliwa na poziomie 6,3% - 31,7%, w zależności od cyklu jazdy, oraz że wysokie wydajności można osiągnąć przy praktyczne ciśnienia robocze.
Generatory termoelektryczne (TEG)
Druga technologia, generatory termoelektryczne ( efekty Seebecka -, Peltiera -, Thomsona ) również jest opcją odzyskiwania ciepła z rury wydechowej, ale nie została ona zastosowana w praktyce w nowoczesnych samochodach.
Odzysk ciepła spalin w silnikach spalinowych z układem Rankine Cycle Systems
Samochody osobowe
W obliczu nowych przepisów amerykańskich, europejskich, japońskich czy chińskich, coraz bardziej rygorystycznych dotyczących emisji CO2, odzyskiwanie ciepła ze spalin wydaje się jednym z najbardziej efektywnych sposobów odzyskiwania darmowej energii, ponieważ ciepło jest wytwarzane na wiele sposobów przez silnik. Wiele firm opracowuje system oparty na cyklu Rankine'a:
BMW
Niemiecka firma była jedną z pierwszych głównych firm, które badały odzyskiwanie ciepła ze spalin za pomocą systemu Rankine o nazwie Turbosteamer .
Chevrolet EGHR
Samochód hybrydowy Chevrolet Malibu 2016 jest wyposażony w układ odzyskiwania ciepła z gazów wydechowych (EGHR), który przyspiesza nagrzewanie się płynu chłodzącego. Daje to szybsze nagrzewanie płynu chłodzącego silnik, co z kolei szybciej nagrzewa silnik. Zużywa się mniej paliwa, co przekłada się na mniejsze emisje. Przyspieszy to również nagrzewanie się kabiny dla komfortu pasażerów i odszraniania szyb. W zastosowaniach hybrydowych może również ogrzewać akumulator. Układ chłodzenia połączony jest z wymiennikiem ciepła umieszczonym w spalinach, przenoszącym energię cieplną spalin do układu chłodzenia. Gdy silnik się nagrzewa, spaliny kierowane są do rury obejściowej.
Honda
Honda opracowuje również moduł oparty na cyklu Rankine'a, aby poprawić ogólną wydajność pojazdów hybrydowych, odzyskując ciepło silnika i przekształcając je w energię elektryczną dla akumulatora. W amerykańskim cyklu drogowym system Rankine'a regenerował trzy razy więcej energii niż regeneracyjny układ hamulcowy pojazdu.
Exoès
Francuska firma Exoès specjalizuje się w projektowaniu i produkcji systemów odzysku ciepła spalin opartych na Rankine Cycles. System EVE, Energy Via Exhaust, prowadzi do oszczędności paliwa od 5 do 15%.
Barber Nichols
Barber-Nichols Inc. opracowuje technologie Rankine dla pojazdów.
FVV
Niemieckie konsorcjum zrzesza większość producentów silników spalinowych na całym świecie. Dwie grupy zadaniowe badają obecnie systemy odzysku ciepła spalin w samochodach osobowych.
Samochody ciężarowe
Renault Trucks: W ramach inicjatywy All For Fuel Eco Initiative, Renault Trucks bada system Rankine dla pojazdów dalekobieżnych, który może doprowadzić do 10% oszczędności paliwa. Celem jest wytworzenie wystarczającej ilości energii do zasilania podzespołów i elektronicznych urządzeń pomocniczych energią elektryczną oraz zmniejszenie zużycia paliwa poprzez zmniejszenie obciążenia alternatora.
System odzyskiwania ciepła WildFire (WFHRS)
Podwójna strzałka budowa maszyn " WildFire systemu odzysku ciepła (WFHRS) jest w fazie rozwoju i wykorzystuje zmarnowane ciepła zarówno chłodziwa i spalin. Ten system mechanicznie dodaje moc z powrotem do układu napędowego, wykorzystując silnik Rankine'a jako metodę konwersji energii. WFHRS jest przeznaczony do wielu różnych zastosowań, zarówno stałych, jak i zmiennych prędkości obrotowej, zastosowań posprzedażowych i OEM, ale generalnie jest nastawiony na większy sprzęt, taki jak duże samochody ciężarowe, generatory diesla, duże autobusy i samochody kempingowe, statki morskie, średnie samochody ciężarowe itp.
Pociągi
IFPEN, Enogia i Alstom opracowują system o nazwie Trenergy, który ma na celu poprawę efektywności paliwowej pociągów .
Odzysk ciepła spalin w sporcie
Efektywność paliwowa, redukcja emisji CO2 , niezawodność i koszty to niezbędne elementy strategii producentów Formuły 1. Sport samochodowy jest również dobrym miejscem do wypróbowania i oceny technologii, które po uzyskaniu niezawodności i kosztach obniżonych dzięki doświadczeniu w produkcji można zaadaptować do samochodów prywatnych. Konstruktorzy Formuły 1 wyprodukowali jeden z pierwszych systemów odzysku ciepła ze spalin, a obecnie te urządzenia są podstawową częścią technologii wbudowanych w F1 . Odzysk ciepła miał stać się obowiązkowy w mistrzostwach F1 2014.