Systém ICE s integrovaným ORC pomocí inovativního systému přes přímé chlazení

Kód výsledku v 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>

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Systém ICE s integrovaným ORC pomocí inovativního systému přes přímé chlazení

Popis výsledku v původním jazyce

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.

Název v anglickém jazyce

Internal combustion engine with integrated Organic Rankine cycle via direct jacket cooling

Popis výsledku anglicky

Internal combustion engines (ICE) are utilized in a number of energy and transportation systems and with the prospect of synthetic green fuels have secured also a place in future low emission systems. Still, effective utilization of the fuel suggests addition of waste heat recovery systems such as organic Rankine cycle (ORC) to boost electric efficiency. Greater widespread of the ORC integration into the ICE systems is however limited from multiple aspects. Furthermore, when these systems are employed, they are typically applied only for flue gas waste heat utilization, while the large amounts of lower temperature jacket cooling heat remain unutilized, or at the cost of high system complexity. Direct cooling of the ICE jacket by the ORC working fluid has been therefore previously theoretically proposed by our research group. Complexity of the system can be reduced while more waste heat can be effectively transferred from the ICE jacket cooling to the ORC. Here we propose further configuration of ICE waste heat sources integration into a biomass fired ORC unit, creating a multi-fuel system. Such system offers the possibility to increase the electricity supply while reducing biomass consumption. The proposed configuration allows utilization of nearly all waste heat by ORC, while increase in system complexity is limited by absence of intermediate circuits. This system has been experimentally explored on a case of a 3 kWe micro-cogeneration ORC and an 8 kWe ICE. The experimental data are evaluated in comparison to the theoretically predicted operation. A specific control system has been developed for this system to be easily operated. The results, experience and operation verification from the ICE jacket cooling with the ORC fluid can be also utilized in the construction for waste heat recovery ORC integrated to ICE for high electrical efficiency.

Druh

G_funk - Funkční vzorek

CEP obor

—

OECD FORD obor

20704 - Energy and fuels

Projekt

<a href="/cs/project/TK02020123" target="_blank" >TK02020123: Pístový spalovací motor pro energetické využití přímo chlazený pracovní látkou ORC pro komplexní využití produkovaného tepla</a><br>

Návaznosti

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Rok uplatnění

2021

Kód důvěrnosti údajů

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.

Interní identifikační kód produktu

FVZ/36/2021/04

Číselná identifikace

TK01020075/36/2021/04

Technické parametry

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

Ekonomické parametry

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,-

Kategorie aplik. výsledku dle nákladů

—

IČO vlastníka výsledku

68407700

Název vlastníka

CESKE VYSOKE UCENI TECHNICKE V PRAZE

Stát vlastníka

CZ - Česká republika

Druh možnosti využití

V - Výsledek je využíván vlastníkem

Požadavek na licenční poplatek

A - Poskytovatel licence na výsledek požaduje licenční poplatek

Adresa www stránky s výsledkem

—