Internal combustion engine with integrated Organic Rankine cycle via direct jacket cooling
The result's identifiers
Result code in IS VaVaI
<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F68407700%3A21720%2F21%3A00354660" target="_blank" >RIV/68407700:21720/21:00354660 - isvavai.cz</a>
Result on the web
—
DOI - Digital Object Identifier
—
Alternative languages
Result language
čeština
Original language name
Systém ICE s integrovaným ORC pomocí inovativního systému přes přímé chlazení
Original language description
Spalovací motory (ICE) se používají v řadě energetických a dopravních systémů a s perspektivou syntetických ekologických paliv mají zajištěno místo i v budoucích systémech. Přesto efektivní využití paliva vyžaduje doplnění systémů využití odpadního tepla, jako je organický Rankinův cyklus (ORC), aby se zvýšila elektrická účinnost systému. Větší rozšíření integrace ORC do systémů ICE je však omezeno z více hledisek. Navíc, pokud jsou tyto systémy použity, obvykle se používají pouze pro využití odpadního tepla ze spalin, zatímco velké množství tepla z chlazení pláště o nižší teplotě zůstává nevyužito nebo za cenu vysoké složitosti systému. Proto bylo dříve naším pracovištěm teoreticky navrženo přímé chlazení pláště ICE pracovní kapalinou ORC. Složitost systému lze snížit a zároveň lze efektivně odvádět více odpadního tepla z chlazení pláště ICE do ORC. Zde navrhujeme další konfiguraci integrace zdrojů odpadního tepla ICE do jednotky ORC spalující biomasu, čímž vznikne vícepalivový systém. Takový systém nabízí možnost v případě vyšší poptávky po elektřině zvýšit výkon a zároveň snížit spotřebu biomasy a tím navýšit palivovou flexibilitu. Tento systém byl experimentálně zkoumán na případu mikrokogenerační jednotky ORC o výkonu 3 kWe a ICE o výkonu 8 kWe. Díky zvolené konfiguraci je v ORC využito prakticky veškeré odpadní teplo z ICE a zároveň konfigurace nenabírá na přílišné složitosti absencí meziokruhů. Experimentální data jsou vyhodnocena ve srovnání s teoreticky předpovězeným provozem. Pro snadné ovládání této jednotky byl vyvinut specifický řídicí systém. Výsledky, zkušenosti a ověření provozu z chlazení pláště ICE kapalinou ORC lze využít také při konstrukci systému pro rekuperaci odpadního tepla ORC integrovaného do ICE pro dosažení vysoké elektrické účinnosti.
Czech name
Systém ICE s integrovaným ORC pomocí inovativního systému přes přímé chlazení
Czech description
Spalovací motory (ICE) se používají v řadě energetických a dopravních systémů a s perspektivou syntetických ekologických paliv mají zajištěno místo i v budoucích systémech. Přesto efektivní využití paliva vyžaduje doplnění systémů využití odpadního tepla, jako je organický Rankinův cyklus (ORC), aby se zvýšila elektrická účinnost systému. Větší rozšíření integrace ORC do systémů ICE je však omezeno z více hledisek. Navíc, pokud jsou tyto systémy použity, obvykle se používají pouze pro využití odpadního tepla ze spalin, zatímco velké množství tepla z chlazení pláště o nižší teplotě zůstává nevyužito nebo za cenu vysoké složitosti systému. Proto bylo dříve naším pracovištěm teoreticky navrženo přímé chlazení pláště ICE pracovní kapalinou ORC. Složitost systému lze snížit a zároveň lze efektivně odvádět více odpadního tepla z chlazení pláště ICE do ORC. Zde navrhujeme další konfiguraci integrace zdrojů odpadního tepla ICE do jednotky ORC spalující biomasu, čímž vznikne vícepalivový systém. Takový systém nabízí možnost v případě vyšší poptávky po elektřině zvýšit výkon a zároveň snížit spotřebu biomasy a tím navýšit palivovou flexibilitu. Tento systém byl experimentálně zkoumán na případu mikrokogenerační jednotky ORC o výkonu 3 kWe a ICE o výkonu 8 kWe. Díky zvolené konfiguraci je v ORC využito prakticky veškeré odpadní teplo z ICE a zároveň konfigurace nenabírá na přílišné složitosti absencí meziokruhů. Experimentální data jsou vyhodnocena ve srovnání s teoreticky předpovězeným provozem. Pro snadné ovládání této jednotky byl vyvinut specifický řídicí systém. Výsledky, zkušenosti a ověření provozu z chlazení pláště ICE kapalinou ORC lze využít také při konstrukci systému pro rekuperaci odpadního tepla ORC integrovaného do ICE pro dosažení vysoké elektrické účinnosti.
Classification
Type
G<sub>funk</sub> - Functional sample
CEP classification
—
OECD FORD branch
20704 - Energy and fuels
Result continuities
Project
<a href="/en/project/TK02020123" target="_blank" >TK02020123: Power generation ICE directly cooled by ORC working fluid for complex WHR</a><br>
Continuities
P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)
Others
Publication year
2021
Confidentiality
C - Předmět řešení projektu podléhá obchodnímu tajemství (§ 504 Občanského zákoníku), ale název projektu, cíle projektu a u ukončeného nebo zastaveného projektu zhodnocení výsledku řešení projektu (údaje P03, P04, P15, P19, P29, PN8) dodané do CEP, jsou upraveny tak, aby byly zveřejnitelné.
Data specific for result type
Internal product ID
FVZ/36/2021/04
Numerical identification
TK01020075/36/2021/04
Technical parameters
Parametr Hodnota Jednotky Pracovní látka Hexamethyldisiloxan (MM) - Hmotnostní tok pracovní látky 0.125 kg/s Elektrický výkon motoru 8 kWe Palivo Zemní plyn, biomasa (štěpka) - Generátory Asynchronní Rozměry 1400x750x1100 mm Váha 325 Kg Hluk 60 dB v 1m Využité teplo chlazením pláště motoru 8 kWt Využité teplo chlazením spalin 3.5 kWt Zchlazení spalin za motorem 330 K Ohřev MM v plášti motoru 32 K Ohřev MM ve spalinovém výměníku 11 K
Economical parameters
Výrobní náklady jednoho kusu (respektive úprav na KGJ, modul ORC a propojení) cca 700 tis. Kč; zařízení bude používáno dále na ČVUT v Praze, IČ: 68407700, pro další výzkum a měření v laboratoři a pro experimenty. Poznatky z výroby funkčního vzorku budou využity při vývoji dalších modelů. Po absolvování experimentů bude funkční vzorek využit pro další výzkumné, vývojové a výukové aktivity v oblasti využití odpadního tepla ze spalovacích motorů systémem ORC. Celkové výrobní náklady – Kč 700 000,- , z toho: - modul ORC Kč 350 000,- - modul KGJ Kč 250 000,- - spotřební materiál ostatních dílů (potrubní díly, armatury, spojovací materiál) Kč 25 000,- - spotřební elektromateriál ostatních dílů (generátor/motor, el. kabely, dodatečné měřící a regulační systémy) Kč 75 000,- - výrobní a post-processingové služby dle dodané výkresové dokumentace (svaření dílčích komponent, výpalky, drobné montáže) Kč 50 000,-
Application category by cost
—
Owner IČO
68407700
Owner name
CESKE VYSOKE UCENI TECHNICKE V PRAZE
Owner country
CZ - CZECH REPUBLIC
Usage type
V - Výsledek je využíván vlastníkem
Licence fee requirement
A - Poskytovatel licence na výsledek požaduje licenční poplatek
Web page
—