The IC engine energetically combined with the steam microturbine

• Autorzy: Cupiał K. , Szwaja S.

Warianty tytułu

PL

Silnik tłokowy skojarzony energetycznie z parową mikroturbiną

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents results of modeling a system for waste heat recovery from a cooling agent and exhaust gases in an IC (internal combustion) engine. Basic element of a system is a microturbine engine working in the Rankine cycle based system. Steam was applied as the working fluid in this system. Additionally, this waste heat recovery system consists of: exhaust gases - water- and engine coolant-water heat recuperators, a pump and a condenser. It was concluded, on the basis of thermodynamic analysis and energy balance, that the break power of the steam microturbine can reach 29% of the break power generated by the IC engine under optimal operation regime. It is significantly more than maximum benefit of approx. 7% in recovering waste energy obtained by applying a gas power turbine in the IC engine exhaust. The system described in this paper can be applied in high power output IC engines both tractional and stationary.

PL

W artykule opisano model systemu energetycznego złożonego z tłokowego silnika spalinowego i mikroturbiny parowej pracującej w obiegu Rankina wykorzystującym odpadowe ciepła silnika tłokowego. W skład tego systemu oprócz silnika tłokowego wchodzą: dwa wymienniki ciepła (ciecz chłodząca silnik - medium robocze i spaliny silnika - medium robocze) konwertujące odpadowe ciepła z silnika do obiegu Rankina, mikroturbina parowa, skraplacz par medium roboczego i pompa obiegowa. Analiza numeryczna modelu tego systemu wykazała, że w optymalnych warunkach pracy systemu moc efektywna mikroturbiny parowej może osiągać do 29% mocy efektywnej silnika tłokowego. Jest to znacznie więcej niż można uzyskać stosując w silniku dodatkową turbinę mocy zasilaną spalinami i osiągającą moc nie przekraczającą ok. 7% mocy silnika tłokowego. Układ taki może znaleźć zastosowanie głównie w silnikach dużej mocy zasilanych paliwem ciekłym lub gazowym.

Słowa kluczowe

EN

IC engine; waste heat recovery; steam turbine; Rankine cycle

PL

silnik spalinowy; odzysk ciepła; turbina parowa; obieg Rankina

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Silniki Spalinowe
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 50, nr 3
• Opis fizyczny: Pełny tekst na DVD, Bibliogr. 12 poz.

Twórcy

autor

Cupiał K.

autor

Szwaja S.

• Mechanical Engineering and Computer Science Faculty at Częstochowa University of Technology

Bibliografia

• [1] Frey T.: Organic Rankine Cycles for Waste Heat Recovery, NASA/C3p - 2009 International Workshop On Environment And Alternative Energy, 11 November 2009.
• [2] Talom H.T., Beyene A.: Heat recovery from automotive engine, Applied Thermal Engineering, vol. 29, Issues 2-3, pp. 439-444, 2009.
• [3] Salah El-Din M.M.: Optimal utilization of waste heat from heat engines by use of a heat pump, Energy Conversion & Management vol. 40, pp. 937-949, 1999.
• [4] Fairbanks J.: Thermoelectric Applications in Vehicles Status 2008, Proceedings of DEER 2007 Detroit, Michigan 15-08-2007.
• [5] Smith K., Thornton M.: Feasibility of Thermoelectrics for Waste Heat Recovery in Conventional Vehicles, Technical Report NREL/TP-540-44247, National Renewable Energy Laboratory, www.nrel.gov, 2009.
• [6] Cheng-Ting Hsu, Da-Jeng Yao, Ke-Jyun Ye, Ben Yu: Renewable energy of waste heat recovery system for automobiles, Journal of Renewable and Sustainable Energy vol. 2, 013105, 2010.
• [7] Wu C.: Analysis of waste heat thermoelectric power generators, Applied Thermal Engineering, vol. 16, no.1, pp. 63-69, 1996.
• [8] Wojciechowski K., Merkisz J., Fuć P., Lijewski P., Schmidt M.: Study of Recovery of Waste Heat From the Exhaust of Automotive Engine, 5th European Conference on Thermoelectrics, Odessa, Ukraine, September 10-12, pp. 194-198, 2007.
• [9] Srinivasan K.K., Mago P.J., Krishnan S.K.: Analysis of exhaust waste heat recovery from a dual fuel low temperature combustion engine using an Organic Rankine Cycle, Energy 35, pp. 2387-2399, 2010.
• [10] Marcelo Algrain M., Hopmann U.: Diesel Engine Waste Heat Recovery Utilizing Electric Turbocompound, Technology 2003 DEER Conference August 25-28, 2003.
• [11] Buschmann G., Clemens H., Hoetger M., Mayr B.: Der Dampfmotor - Entwicklungsstand und Marktchancen. MTZ 62/2001 - Vol. 5. (MTZ Sonderdruck), 2001.
• [12] Schmid H.: Less Emissions Through Waste Heat Recovery, Green Ship Technology Conference, London, 28/29 April 2004.