ระบบกู้คืนความร้อนไอเสีย
ระบบกู้คืนความร้อนไอเสียจะเปลี่ยนพลังงานความร้อนเสียในก๊าซไอเสียให้เป็นพลังงานไฟฟ้าสำหรับแบตเตอรี่หรือพลังงานกลที่ส่งกลับคืนสู่เพลาข้อเหวี่ยง เทคโนโลยีนี้ได้รับความสนใจเพิ่มมากขึ้น เนื่องจากผู้ผลิตยานยนต์และยานพาหนะหนักยังคงเพิ่มประสิทธิภาพ ประหยัดเชื้อเพลิง และลดการปล่อยมลพิษ
การสูญเสียความร้อนของเครื่องยนต์สันดาปภายใน
แม้ว่าการพัฒนาด้านเทคโนโลยีจะช่วยลดการใช้เชื้อเพลิงของเครื่องยนต์สันดาปภายใน ได้อย่างมาก แต่ ประสิทธิภาพความร้อนสูงสุด ของเครื่องยนต์ ออตโตไซเคิล 4 จังหวะอยู่ที่ประมาณ 35% ซึ่งหมายความว่าพลังงานที่ปลดปล่อยออกมาจากเชื้อเพลิง 65% จะสูญเสียไปในรูปของความร้อน เครื่องยนต์ ดีเซล ความเร็วสูง มีประสิทธิภาพดีกว่าด้วยประสิทธิภาพสูงสุดประมาณ 45% แต่ยังห่างไกลจากประสิทธิภาพทางทฤษฎีสูงสุดโดย 55% ของพลังงานเชื้อเพลิงจะถูกสูญเสียไปในรูปของความร้อน
เทคโนโลยีการกู้คืนความร้อนไอเสีย
แรนไคน์
ระบบ วัฏจักรแรงคินทำให้ไอน้ำที่มีแรงดันกลายเป็นไอโดยใช้เครื่องกำเนิดไอน้ำที่อยู่ในท่อไอเสีย จากผลของความร้อนจากก๊าซไอเสีย ของเหลวจะถูกเปลี่ยนเป็นไอน้ำ จากนั้นไอน้ำจะขับเคลื่อนตัวขยายของเครื่องยนต์แรงคิน ซึ่งอาจเป็นกังหันหรือลูกสูบ ตัวขยายนี้สามารถเชื่อมเข้ากับเพลาข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์ความร้อนโดยตรง หรือเชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อสร้างไฟฟ้า
นักวิจัยชาวอังกฤษจากมหาวิทยาลัย Loughborough และมหาวิทยาลัย Sussex สรุปว่าความร้อนเหลือทิ้งจากเครื่องยนต์ยานยนต์บรรทุกเบาในรอบพลังงานไอน้ำสามารถให้ข้อได้เปรียบด้านการประหยัดเชื้อเพลิง 6.3% - 31.7% ขึ้นอยู่กับรอบการขับเคลื่อน และประสิทธิภาพสูงสามารถทำได้ภายใต้แรงดันใช้งานจริง[1]
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก (TEG)
เทคโนโลยีที่สองเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก ( Seebeck -, Peltier -, Thomson effects) ถือเป็นอีกทางเลือกหนึ่งในการกู้คืนความร้อนจากท่อไอเสีย แต่ยังไม่ได้นำไปใช้จริงในรถยนต์สมัยใหม่[2]
การกู้คืนความร้อนไอเสียในเครื่องยนต์สันดาปภายในด้วยระบบ Rankine Cycle
รถยนต์นั่งส่วนบุคคล
เมื่อเผชิญกับกฎระเบียบใหม่ของอเมริกา ยุโรป ญี่ปุ่น หรือจีน ซึ่งเข้มงวดมากขึ้นเรื่อยๆ เกี่ยวกับการปล่อย CO2 การกู้คืนความร้อนจากไอเสียดูเหมือนว่าจะเป็นหนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการกู้คืนพลังงานฟรี เนื่องจากความร้อนเกิดขึ้นได้หลายวิธีโดยเครื่องยนต์ บริษัทจำนวนมากพัฒนาระบบตามวัฏจักรแรงไคน์:
บีเอ็มดับเบิลยู
บริษัทเยอรมันแห่งนี้เป็นหนึ่งในบริษัทใหญ่กลุ่มแรกที่ศึกษาการกู้คืนความร้อนไอเสียโดยใช้ระบบ Rankine ที่เรียกว่าTurbosteamer [ 3]
เชฟโรเลต อีจีเอชอาร์
รถยนต์ Chevrolet Malibu Hybridปี 2016 มี ระบบการกู้คืนความร้อน จากก๊าซไอเสีย (EGHR) เพื่อเร่งเวลาในการทำความร้อนหม้อน้ำ ซึ่งทำให้หม้อน้ำเครื่องยนต์ร้อนเร็วขึ้น ส่งผลให้เครื่องยนต์ร้อนเร็วขึ้น ใช้เชื้อเพลิงน้อยลง ปล่อยไอเสียน้อยลง นอกจากนี้ยังช่วยให้ระบบทำความร้อนในห้องโดยสารอุ่นขึ้นเร็วขึ้น เพื่อความสะดวกสบายของผู้โดยสาร และกระจกหน้าต่างละลายน้ำแข็ง สำหรับการใช้งานไฮบริด ระบบนี้ยังอุ่นชุดแบตเตอรี่ได้อีกด้วย ระบบระบายความร้อนเชื่อมต่อกับตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่อยู่ในก๊าซไอเสียเพื่อถ่ายโอนพลังงานความร้อนจากก๊าซไอเสียไปยังระบบระบายความร้อน เมื่อเครื่องยนต์ร้อนขึ้น ก๊าซไอเสียจะถูกเบี่ยงไปยังท่อบายพาส[4]
ฮอนด้า
นอกจากนี้ ฮอนด้ายังพัฒนาโมดูลที่ใช้วงจรแรงคินเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของยานยนต์ไฮบริดด้วยการนำความร้อนของเครื่องยนต์กลับมาใช้ใหม่แล้วแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าสำหรับชุดแบตเตอรี่ ในระบบวงจรแรงคินบนทางหลวงของสหรัฐอเมริกา ระบบวงจรแรงคินสามารถสร้างพลังงานใหม่ได้มากกว่าระบบเบรกแบบสร้างพลังงานใหม่ได้สามเท่าของรถยนต์
เอ็กโซเอส
Exoèsบริษัทสัญชาติฝรั่งเศสมีความเชี่ยวชาญด้านการออกแบบและผลิตระบบกู้คืนความร้อนไอเสียโดยใช้ Rankine Cycles ระบบ EVE หรือ Energy Via Exhaust ช่วยประหยัดเชื้อเพลิงได้ตั้งแต่ 5% ถึง 15% [5]
บาร์เบอร์ นิโคลส์
Barber-Nichols Inc. พัฒนาเทคโนโลยี Rankine สำหรับยานพาหนะ[6]
เอฟวีวี
สหพันธ์ยานยนต์เยอรมันเป็นศูนย์รวมผู้ผลิตเครื่องยนต์สันดาปภายในส่วนใหญ่ทั่วโลก ปัจจุบันมีหน่วยงานพิเศษ 2 หน่วยที่กำลังศึกษาเกี่ยวกับระบบกู้คืนความร้อนไอเสียในรถยนต์นั่งส่วนบุคคล
รถบรรทุก
รถบรรทุก Renault: ในฐานะส่วนหนึ่งของโครงการ All For Fuel Eco รถบรรทุก Renaultศึกษาระบบ Rankine สำหรับยานพาหนะทางไกลซึ่งสามารถนำไปสู่การประหยัดเชื้อเพลิงได้ 10% [7]เป้าหมายคือการผลิตพลังงานไฟฟ้าให้เพียงพอสำหรับจ่ายไฟให้กับส่วนประกอบและอุปกรณ์เสริมอิเล็กทรอนิกส์ และลดการใช้เชื้อเพลิงโดยลดภาระของไดชาร์จ[8]
ระบบกู้คืนความร้อนจากไฟป่า (WFHRS)
ระบบกู้คืนความร้อนจากไฟป่า (WFHRS) ของ Double Arrow Engineeringsอยู่ระหว่างการพัฒนาและใช้ความร้อนที่สูญเสียไปจากทั้งสารหล่อเย็นและไอเสีย ระบบนี้จะเพิ่มพลังงานกลับเข้าไปในระบบส่งกำลังโดยใช้เครื่องยนต์ Rankine เป็นวิธีการแปลงพลังงาน WFHRS ได้รับการออกแบบสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย ทั้งแบบรอบต่อนาทีคงที่และแปรผัน การใช้งานหลังการขายและ OEM แต่โดยทั่วไปจะมุ่งเน้นไปที่อุปกรณ์ขนาดใหญ่ เช่น รถบรรทุกขนาดใหญ่บนทางหลวง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล รถบัสและรถบ้านขนาดใหญ่ เรือเดินทะเล รถบรรทุกขนาดกลาง เป็นต้น[9]
รถไฟ
IFPEN, Enogia และ Alstom กำลังพัฒนาระบบที่เรียกว่า Trenergy ซึ่งออกแบบมาเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงของรถไฟโดยเฉพาะ[ 10 ]
การกู้คืนความร้อนไอเสียในกีฬา
ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง การลดการปล่อยCO2ความน่าเชื่อถือ และต้นทุนเป็นส่วนสำคัญในกลยุทธ์ของผู้ผลิต Formula 1 กีฬายานยนต์ยังเป็นสถานที่ที่ดีในการทดลองและประเมินเทคโนโลยีที่เมื่อเชื่อถือได้และลดต้นทุนด้วยประสบการณ์ในการผลิตแล้วสามารถปรับใช้กับรถยนต์ส่วนบุคคลได้ ผู้ผลิต Formula 1 ได้ผลิตระบบกู้คืนความร้อนไอเสียชุดแรกๆ[ จำเป็นต้องอ้างอิง ]และในปัจจุบัน อุปกรณ์เหล่านี้ถือเป็นส่วนสำคัญของเทคโนโลยีฝังตัวในF1การกู้คืนความร้อนถูกกำหนดให้กลายเป็นข้อบังคับในการแข่งขัน F1 Championship ปี 2014 [ จำเป็นต้องอ้างอิง ]
อ้างอิง
- ^ "การศึกษาวิจัย: ระบบไฮบริดไอน้ำที่ใช้การกู้คืนความร้อนเหลือทิ้งสามารถลดการใช้เชื้อเพลิงได้มากถึง 31.7%" Green Car Congress. 28 เมษายน 2551 สืบค้นเมื่อ31 ธันวาคม 2566อ้างอิงHounsham, Sandra; Stobart, Richard; Cooke, Adam; Childs, Peter (2008-04-14). Energy Recovery Systems for Engines (Technical report). SAE. doi :10.4271/2008-01-0309. eISSN 2688-3627. ISSN 0148-7191. 2008-01-0309.
- ^ Stuart Birch (2012-02-03). "Temperatures rise in BMW's work to recovery engine waste heat". Sae.org. เก็บถาวรจากแหล่งเดิมเมื่อ 2013-10-14 . สืบค้นเมื่อ 2013-10-12 .
- ^ Tan, Paul. "BMW TurboSteamer". Paultan.org . สืบค้นเมื่อ2013-10-12 .
- ^ "ระบบกู้คืนความร้อนไอเสียของ Chevrolet Malibu Hybrid ปี 2016: คุณสมบัติเด่น" โดย Aaron Brzozowski, GM Authority, 2 เมษายน 2015
- ^ "EVE - พลังงานผ่านท่อไอเสีย - Exoès". Exoes.com. เก็บถาวรจากแหล่งเดิมเมื่อ 29 เมษายน 2017. สืบค้นเมื่อ12 ตุลาคม 2013 .
- ^ "Organic Rankine Cycles". Barber Nichols . สืบค้นเมื่อ2013-10-12 .
- ^ "Renault Trucks Corporate : Press releases". Corporate.renault-trucks.com. 2011-02-09 . สืบค้นเมื่อ2013-10-12 .
- ^ "ยินดีต้อนรับสู่เว็บไซต์ Bibendum ของ Michelin Challenge" Michelinchallengebibendum.com 6 ธันวาคม 2012 เก็บถาวรจากแหล่งเดิมเมื่อ 25 มิถุนายน 2013 สืบค้นเมื่อ12 ตุลาคม 2013
- ^ "WFHRS". doublearroweng.com. เก็บถาวรจากแหล่งเดิมเมื่อ 2016-08-19 . สืบค้นเมื่อ 2016-06-04 .
- ^ "Harnessing the Rankine cycle to restore exhaust gas heat and boost train energy efficiency". Ifpenergiesnouvelles.com. 2013-03-19. เก็บถาวรจากแหล่งเดิมเมื่อ 2013-10-14 . สืบค้นเมื่อ2013-10-12 .