Технологии детандеров для применения органического цикла Ренкина в автомобильных двигателях

Стремление к дальнейшему повышению эффективности автомобильных дизельных и бензиновых двигателей в последние годы усилилось под воздействием все более строгих норм выбросов и введения нормативов расхода топлива. Неиспользуемое тепло, доступное в системах выпуска и охлаждения двигателей внутреннего сгорания (ДВС), стало привлекательным объектом исследований как для промышленности, так и для академического сообщества. Даже современные дизельные двигатели, работающие в оптимальном режиме, теряют примерно 50% энергии топлива в виде тепла. В связи с этим системы утилизации отходящего тепла (WHR) получили широкое распространение, поскольку способны снижать расход топлива и связанные с ним выбросы CO2. Среди таких систем органический цикл Ренкина (ORC) является хорошо разработанной технологией утилизации отходящего тепла, которую можно применять в силовых установках транспортных средств, главным образом благодаря низкому дополнительному противодавлению в системе выпуска двигателя и возможности использовать различные источники отходящего тепла двигателя. В последнее время ORC вновь привлекают значительный интерес, однако до настоящего времени коммерческое применение этой технологии остается ограниченным из-за существенных дополнительных затрат на двигатель и транспортное средство. В ORC расширительные машины представляют собой узел, в котором вырабатывается полезная мощность; поэтому выбор технологии детандера напрямую связан с тепловым КПД системы. Кроме того, стоимость агрегатов «детандер—генератор» составляет наибольшую долю общей стоимости. Следовательно, выбор наиболее подходящего детандера имеет большое значение уже на ранней стадии любого проекта автомобильной силовой установки. В настоящем исследовании рассматриваются релевантные работы, посвященные расширительным машинам для применений ORC в ДВС, анализируется влияние коэффициента быстроходности на выбор детандера, изучаются эксплуатационные характеристики каждого типа детандеров для дальнейшего обоснования выбора наиболее подходящей технологии, а также сравнивается стоимость различных детандеров на основе общедоступных данных и корреляционных зависимостей.