Currently, energy shortage and envi

Currently, energy shortage and environment pollution are becoming increasingly serious. Energy saving has become an important topic requiring urgent attention. Engines are primary power source which have been widely used in vehicles, agricultural machineries, industrial machineries and stationary power units. In an industrial country, about 60–70% of fossil fuel is consumed by engines. However, over 50% of the total fuel combustion heat in an engine is wasted by the exhaust gas and engine coolant under most operating conditions, resulting in energy waste and emission problems [1], [2] and [3]. Hence, engine waste heat recovery is important. Using thermodynamic cycle generating power is a suitable method for doing so.

Generally speaking, the waste heat recovery of exhaust gas should be considered first due to its high temperature property and large amount of heat. The maximum exhaust temperature of a gasoline engine can reach about 800 °C. Due to such a high-grade heat, the traditional waste heat recovery system, Organic Rankine Cycle (ORC) system, is restricted because most organic fluids have a relatively low thermal decomposition temperature. It is infeasible to transfer heat from a high temperature exhaust gas to organic fluids directly. To avoid the decomposition of the working medium at high temperature, some researchers have added a thermal oil circuit between exhaust gas and working fluids [4] and [5]. But this method requires complicated modification engineering on the existing plant and would result in additional energy and exergy loss. Hence, certain research focuses on high-temperature ORCs with high-decomposition temperature organic fluids (e.g. Alkanes [6] and Siloxanes [7]), or with a dual-loop configuration [8] and [9]. Unfortunately, high-temperature organic fluids are mostly flammable, which may cause serious safety issues. Hence it is difficult for the experiment and the application of a high-temperature ORC. In a word, it is still important to find environment-friendly, high-efficiency, feasible and safe working fluids to match the high temperature exhaust gas.

For the past few years, choosing carbon dioxide (CO2) as the working fluid of transcritical Rankine cycle system has attracted increasing levels of attention. The characteristics of CO2 can overcome the shortcomings of organic fluids mentioned above. First of all, CO2 has no limitation of thermal decomposition temperature. The heat transfer process between CO2 and exhaust gas can be realized directly, and a better temperature match is obtained by the transcritical process in the evaporator, which reduces both energy and exergy loss. Secondly, CO2 is environmental friendly, non-flammable and non-corrosive. Hence, CO2-based systems feature less safety issues even in the leakage event of the working fluid. Furthermore, CO2 is low-cost and readily available. These advantages make its experiment and application convenient. Echogen Power Systems (EPS) company [10] and [11] in the USA has done preliminary tests of a 250 kW gas waste heat recovery system using CO2 as the working fluid, which indicates the possibility of recovering the waste heat of engine exhaust gas. In the automotive field, CO2 has been applied in automobile air conditioning which also indicates the miniaturization possibility of a CO2-based system used for waste heat recovery of vehicle engine [12] and [13].

The CO2-based transcritical Rankine cycle (CTRC) used for engine waste heat recovery is available but rare in the open literatures. Only some simple thermodynamic analysis of the CTRC was conducted for engine waste heat recovery [14] and [15]. Further analysis of the CTRC used for engine waste heat recovery is required, such as component size analysis, which is not included in previous research but of key importance for system assessment, especially for waste heat recovery of automotive engine. Other research involving the CTRC put more emphasis on the field of low temperature waste heat recovery and usually in comparison with the ORC [16], [17], [18], [19], [20] and [21]. Their results show that the CTRC system is superior in heat transfer performance and performs good economic performance compared with the traditional ORC, but the corresponding net power output and thermal efficiency are lower. The solution to improve the net power output and thermal efficiency generally focuses on adding regenerator to the CTRC system, but results show that the regenerator improved the thermal efficiency but had little effect on the net power output [22] and [23].

In contrast to the traditional scheme mentioned above, this paper proposes an improved CTRC system used for engine waste heat recovery, which improves not only the thermal efficiency but also the net power output. This improved CTRC system (PR-CTRC) contains a preheater and a regenerator simultaneously, which uses the engine coolant as a preheat source.

Except for routine thermodynamic analysis, the analy

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ในปัจจุบัน มลภาวะพลังงานขาดแคลนและสภาพแวดล้อมจะกลายเป็นร้ายแรงมากขึ้น ประหยัดพลังงานได้กลายเป็น หัวข้อสำคัญที่ต้องการความสนใจเร่งด่วน เครื่องยนต์เป็นแหล่งพลังงานหลักที่มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในหน่วยพลังงานนิ่ง เครื่องจักรเกษตร เครื่องจักรอุตสาหกรรม และยานพาหนะ ในประเทศอุตสาหกรรม ประมาณ 60 – 70% ของเชื้อเพลิงฟอสซิลที่ถูกใช้ โดยเครื่องยนต์ อย่างไรก็ตาม มากกว่า 50% ของความร้อนเผาไหม้เชื้อเพลิงทั้งหมดในเครื่องยนต์เสียจากไอเสียเครื่องยนต์ก๊าซและสารหล่อเย็นภายใต้เงื่อนไขส่วนใหญ่ปฏิบัติ พลังงานขยะและมลพิษปัญหา [1], [2] และ [3] ด้วยเหตุนี้ การกู้คืนความร้อนเครื่องยนต์เป็นสำคัญ ใช้ทางอุณหพลศาสตร์วัฏจักรการผลิตพลังงานไฟฟ้าเป็นวิธีที่ดีเหมาะสำหรับการทำเช่นนั้นโดยทั่วไป การกู้คืนความร้อนของก๊าซไอเสียควรพิจารณาก่อนเนื่องจากขณะอุณหภูมิสูงและความร้อนจำนวนมาก อุณหภูมิไอเสียสูงสุดของเครื่องยนต์เบนซินได้ประมาณ 800 องศาเซลเซียส เนื่องจากดังกล่าวมีคุณภาพสูงความร้อน ระบบการกู้คืนความร้อนแบบดั้งเดิม ระบบวงจรไร Rankine อินทรีย์ (ORC) ถูกจำกัดเนื่องจากสารอินทรีย์ส่วนใหญ่มีอุณหภูมิค่อนข้างต่ำความร้อนสลายตัว Infeasible การถ่ายโอนความร้อนจากก๊าซไอเสียอุณหภูมิสูงของเหลวอินทรีย์โดยตรงได้ เพื่อหลีกเลี่ยงการสลายตัวของสื่อทำงานที่อุณหภูมิสูง นักวิจัยบางคนได้เพิ่มวงจรน้ำมันความร้อนระหว่างก๊าซไอ และของเหลวทำงาน [4] [5] แต่วิธีนี้ต้องซับซ้อนแก้ไขวิศวกรรมในโรงงานที่มีอยู่ และจะทำให้สูญเสียพลังงานและ exergy เพิ่มเติม ด้วยเหตุนี้ การวิจัยบางอย่างเน้นผีอุณหภูมิสูง กับอุณหภูมิสูงย่อยสลายสารอินทรีย์ (เช่น Alkanes [6] และ Siloxanes [7]), หรือแบบวนรอบสอง [8] และ [9] อับ อุณหภูมิสูงของเหลวอินทรีย์ส่วนใหญ่จะเป็นไวไฟ ซึ่งอาจทำให้เกิดปัญหาความปลอดภัยร้ายแรง ดังนั้น มันเป็นเรื่องยากสำหรับการทดลองและการประยุกต์ใช้ ORC อุณหภูมิสูง ใน word ก็ยังคงมีความสำคัญเพื่อหาไอล้อม ประสิทธิภาพสูง สามารถทำได้ และปลอดภัยน้ำมันทำงานที่อุณหภูมิสูงสำหรับปีผ่านมา เลือกก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เป็นของเหลวทำงานของระบบวงจรไร Rankine transcritical ได้ดึงดูดเพิ่มขึ้นระดับของความสนใจ ลักษณะของ CO2 สามารถเอาชนะข้อบกพร่องของของเหลวอินทรีย์ดังกล่าวข้างต้น ก่อนอื่น CO2 ได้ไม่มีข้อจำกัดของย่อยสลายความร้อนอุณหภูมิ สามารถรับรู้กระบวนการถ่ายโอนความร้อนระหว่างแก๊ส CO2 และไอเสียโดยตรง และอุณหภูมิตรงดีกว่าจะได้รับ โดยการ transcritical ในการระเหย ซึ่งลดการสูญเสียพลังงานและ exergy ประการที่สอง CO2 เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ไม่ติดไฟ และไม่กัดกร่อน ดังนั้น ระบบ CO2 มีน้อยปัญหาความปลอดภัยแม้ในเหตุการณ์รั่วไหลของน้ำมันทำงาน นอกจากนี้ CO2 มีต้น ทุนต่ำ และมี ข้อดีเหล่านี้ได้รับการทดลองและการประยุกต์ใช้สะดวก บริษัทระบบไฟฟ้า Echogen (EPS) [10] และ [11] ในสหรัฐอเมริกาได้ทำการทดสอบเบื้องต้นที่ 250 กิโลวัตต์ก๊าซเสียใช้ CO2 เป็นน้ำมันทำงาน ซึ่งบ่งชี้ความเป็นไปได้ของการกู้คืนความร้อนเหลือทิ้งของก๊าซไอเสียของเครื่องยนต์ ระบบการกู้คืนความร้อน ในรถยนต์ CO2 ได้ถูกใช้ในเครื่องปรับอากาศรถยนต์ซึ่งบ่งชี้ความเป็นไปได้ของ miniaturization ของ CO2 ระบบที่ใช้สำหรับการกู้คืนความร้อนของรถยนต์ [12] [13]มี แต่หายากในกวีนิพนธ์เปิด CO2 ตาม transcritical ไร Rankine รอบ (CTRC) ใช้สำหรับการกู้คืนความร้อนของเครื่องยนต์ได้ เฉพาะบางทางอุณหพลศาสตร์วิเคราะห์ CTRC ดำเนินการสำหรับการกู้คืนความร้อนเครื่องยนต์ [14] [15] การวิเคราะห์ของ CTRC ที่ใช้สำหรับการกู้คืนความร้อนของเครื่องยนต์ที่ถูกต้อง เช่นวิเคราะห์ขนาดส่วนประกอบ ซึ่งไม่รวมอยู่ ในผลงานวิจัย แต่ ความสำคัญหลักสำหรับการประเมินระบบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ การกู้คืนความร้อนของเครื่องยนต์ยานยนต์เสีย วิจัยอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับ CTRC มุ่งเน้นเพิ่มเติมฟิลด์ ของการกู้คืนความร้อนอุณหภูมิต่ำ และมักจะเปรียบเทียบ กับ ORC [16], [17], [18], [19], [20] [21] และ ผลแสดงว่า ระบบ CTRC เหนือกว่าในประสิทธิภาพการถ่ายโอนความร้อน และทำเศรษฐกิจดีเมื่อเทียบกับ ORC แบบดั้งเดิม แต่พลังงานสุทธิที่สอดคล้องกันและระบายความร้อนจะต่ำกว่า ผลการแก้ปัญหาเพื่อปรับปรุงการใช้พลังงานสุทธิ และการระบายความร้อนทั่วไปเน้นเพิ่มกำเนิดใหม่ระบบ CTRC แต่ผลแสดงว่า กำเนิดใหม่การปรับปรุงประสิทธิภาพความร้อน แต่มีผลเพียงเล็กน้อยในการแสดงผลพลังงานสุทธิ [22] [23]ตรงกันข้ามกับแบบแผนดั้งเดิมที่กล่าวข้างต้น กระดาษนี้เสนอระบบ CTRC การปรับใช้สำหรับการกู้คืนความร้อนเครื่องยนต์ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพความร้อนไม่เพียง แต่ยังแสดงผลพลังงานสุทธิ ระบบ CTRC นี้ดีขึ้น (PR CTRC) ด้วยการจราจรและการกำเนิดใหม่พร้อมกัน ซึ่งใช้หล่อเย็นเครื่องยนต์เป็นแหล่ง preheatยกเว้นวิเคราะห์งานประจำทางอุณหพลศาสตร์ การเอาใว้

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ปัจจุบันปัญหาการขาดแคลนพลังงานและมลพิษสภาพแวดล้อมที่จะกลายเป็นที่รุนแรงมากขึ้น ประหยัดพลังงานได้กลายเป็นหัวข้อที่สำคัญต้องให้ความสนใจอย่างเร่งด่วน เครื่องยนต์เป็นแหล่งพลังงานหลักที่มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในยานพาหนะเครื่องจักรการเกษตรเครื่องจักรอุตสาหกรรมและหน่วยพลังงานนิ่ง ในประเทศอุตสาหกรรมประมาณ 60-70% ของเชื้อเพลิงฟอสซิลที่มีการบริโภคโดยเครื่องมือ แต่กว่า 50% ของความร้อนเผาไหม้เชื้อเพลิงรวมในเครื่องยนต์จะสูญเสียโดยไอเสียและน้ำหล่อเย็นเครื่องยนต์ภายใต้สภาพการใช้งานมากที่สุดส่งผลให้เกิดปัญหาการสูญเสียพลังงานและการปล่อย [1], [2] และ [3] ดังนั้นเครื่องยนต์เสียกู้คืนความร้อนเป็นสิ่งที่สำคัญ การใช้ไฟฟ้าพลังงานความร้อนที่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความร้อนเป็นวิธีที่เหมาะสำหรับการทำเช่นนั้น.

พูดโดยทั่วไปในการฟื้นตัวของความร้อนเหลือทิ้งของก๊าซไอเสียควรได้รับการพิจารณาเป็นครั้งแรกเนื่องจากคุณสมบัติที่อุณหภูมิสูงและมีจำนวนมากของความร้อน อุณหภูมิไอเสียสูงสุดของเครื่องยนต์เบนซินสามารถเข้าถึงประมาณ 800 ° C อันเนื่องมาจากความร้อนสูงเกรด, การกู้คืนระบบแบบดั้งเดิมเสียความร้อน, แรอินทรีย์วงจร (ORC) ระบบจะถูก จำกัด เนื่องจากของเหลวอินทรีย์ส่วนใหญ่มีอุณหภูมิความร้อนจากการสลายตัวที่ค่อนข้างต่ำ มันเป็นไปไม่ได้ที่จะถ่ายโอนความร้อนจากก๊าซไอเสียอุณหภูมิสูงของเหลวอินทรีย์โดยตรง เพื่อหลีกเลี่ยงการสลายตัวของขนาดกลางที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงนักวิจัยบางคนได้เพิ่มวงจรน้ำมันความร้อนระหว่างท่อก๊าซและของเหลวทำงาน [4] และ [5] แต่วิธีนี้ต้องมีการปรับเปลี่ยนทางวิศวกรรมที่มีความซับซ้อนในโรงงานที่มีอยู่และจะส่งผลในการใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้นและการสูญเสีย exergy ดังนั้นการวิจัยบางอย่างมุ่งเน้นไปที่ผีอุณหภูมิสูงกับของเหลวอินทรีย์ที่มีอุณหภูมิสูงสลายตัว (เช่นแอลเคน [6] และ siloxanes [7]) หรือกับการกำหนดค่าแบบ dual-ห่วง [8] และ [9] แต่น่าเสียดายที่ของเหลวอินทรีย์ที่อุณหภูมิสูงส่วนใหญ่จะเป็นไวไฟซึ่งอาจทำให้เกิดปัญหาด้านความปลอดภัยร้ายแรง ดังนั้นมันจึงเป็นเรื่องยากสำหรับการทดลองและการประยุกต์ใช้ของ ORC อุณหภูมิสูง ในคำที่มันยังคงเป็นสิ่งสำคัญที่จะพบว่าเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมที่มีประสิทธิภาพสูง, ความเป็นไปได้และของเหลวในการทำงานที่ปลอดภัยเพื่อให้ตรงกับก๊าซที่อุณหภูมิสูงไอเสีย.

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาการเลือกก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เป็นสารทำงานของ transcritical แร ระบบวงจรได้ดึงดูดการเพิ่มระดับของความสนใจ ลักษณะของ CO2 สามารถเอาชนะข้อบกพร่องของของเหลวอินทรีย์ดังกล่าวข้างต้น แรกของทุก CO2 มีข้อ จำกัด ของอุณหภูมิความร้อนไม่มีการสลายตัว กระบวนการถ่ายโอนความร้อนระหว่าง CO2 และก๊าซไอเสียที่สามารถรับรู้โดยตรงและการแข่งขันอุณหภูมิที่ดีกว่าจะได้รับโดยการดำเนินการใน transcritical ระเหยซึ่งจะช่วยลดการสูญเสียทั้งพลังงานและเอ็กเซอร์ยี ประการที่สอง CO2 เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมไม่ติดไฟและไม่กัดกร่อน ดังนั้นระบบ CO2-based มีปัญหาด้านความปลอดภัยน้อยแม้จะอยู่ในเหตุการณ์การรั่วไหลของสารทำงาน นอกจากนี้ CO2 ต่ำค่าใช้จ่ายและสามารถใช้ได้อย่างง่ายดาย ข้อดีเหล่านี้ทำให้การทดสอบและการประยุกต์ใช้สะดวก Echogen ระบบไฟฟ้า (EPS) ของ บริษัท [10] และ [11] ในประเทศสหรัฐอเมริกาได้ทำการทดสอบเบื้องต้นของ 250 กิโลวัตต์ระบบการกู้คืนความร้อนเสียก๊าซโดยใช้ CO2 เป็นสารทำงานซึ่งบ่งชี้ความเป็นไปได้ของการกู้คืนความร้อนเสียเครื่องยนต์ก๊าซไอเสีย . ในด้านยานยนต์, CO2 ได้รับนำไปใช้ในเครื่องปรับอากาศรถยนต์ซึ่งยังบ่งบอกถึงความเป็นไปได้ miniaturization ระบบ CO2 ตามที่ใช้สำหรับการกู้คืนความร้อนเหลือทิ้งของเครื่องยนต์รถ [12] และ [13].

CO2 ที่ตาม transcritical แรวงจร (CTRC ) ที่ใช้สำหรับการกู้คืนความร้อนเครื่องยนต์เสียคือมี แต่หายากในวรรณกรรมเปิด เพียงบางส่วนวิเคราะห์ทางอุณหพลศาสตร์ที่เรียบง่ายของ CTRC ได้ดำเนินการสำหรับการกู้คืนความร้อนเครื่องยนต์เสีย [14] และ [15] การวิเคราะห์เพิ่มเติมของ CTRC ใช้สำหรับการกู้คืนความร้อนเครื่องยนต์เสียเป็นสิ่งจำเป็นเช่นการวิเคราะห์ขนาดองค์ประกอบซึ่งไม่ได้รวมอยู่ในการวิจัยก่อนหน้านี้ แต่กุญแจสำคัญสำหรับการประเมินระบบโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการกู้คืนความร้อนเหลือทิ้งของเครื่องยนต์ยานยนต์ งานวิจัยอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการ CTRC ให้ความสำคัญกับข้อมูลของอุณหภูมิต่ำการกู้คืนความร้อนเหลือทิ้งและมักจะเปรียบเทียบกับผี [16] [17] [18] [19] [20] และ [21] ผลของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าระบบ CTRC จะดีกว่าในการทำงานการถ่ายเทความร้อนและดำเนินการปฏิบัติงานทางเศรษฐกิจที่ดีเมื่อเทียบกับแบบดั้งเดิม ORC แต่ที่สอดคล้องกันการส่งออกพลังงานสุทธิและประสิทธิภาพเชิงความร้อนต่ำ วิธีการแก้ปัญหาในการปรับปรุงการส่งออกพลังงานสุทธิและประสิทธิภาพเชิงความร้อนโดยทั่วไปมุ่งเน้นไปที่การเพิ่มกำเนิดใหม่กับระบบ CTRC แต่ผลปรากฏว่าฟื้นฟูปรับปรุงประสิทธิภาพเชิงความร้อน แต่มีผลเพียงเล็กน้อยในการส่งออกพลังงานสุทธิ [22] และ [23].

ในทางตรงกันข้าม เพื่อโครงการแบบดั้งเดิมที่กล่าวข้างต้นกระดาษนี้นำเสนอระบบ CTRC ดีขึ้นใช้สำหรับการกู้คืนความร้อนเครื่องยนต์เสียซึ่งช่วยเพิ่มไม่เพียง แต่ประสิทธิภาพเชิงความร้อน แต่ยังส่งออกพลังงานสุทธิ ระบบนี้ CTRC ดีขึ้น (PR-CTRC) มี preheater และกำเนิดใหม่พร้อมกันซึ่งใช้น้ำหล่อเย็นเครื่องยนต์เป็นแหล่งอุ่นได้.

ยกเว้นสำหรับการวิเคราะห์ทางอุณหพลศาสตร์ประจำมีส่วน