Теоретические расчеты максимально допустимой работы дополнительного цикла на фреоне для туристического автобуса Scania Irizar Century

рекуператор, 10-насос хладагента, 11-охлаждающий контур двигателя, 12-передатчик тепла системы охлаждения двигателя, 13-насос рабочей среды, 14-вентили.

Взяв за основу Scania Irizar Century,  можно провести некоторые расчеты. В данном автобусе стоит 6-ти цилиндровый, 4-х тактовый, 11-ти литровый двигатель Scania DC11 03 340 Euro. Одним из преимуществ этого двигателя является система рециркуляции выхлопных газов EGR – снижает уровень выброса оксидов азота с помощью охлаждения и повторного использования некоторого количества отработавших газов. Такая система обеспечивает увеличенную эффективность топлива без добавления примесей. А также снижает выбросы.  Максимально допустимая полезная мощность двигателя внутреннего сгорания Nmax=250кВт или 340 лошадиных сил, однако средняя мощность, вырабатываемая двигателем, намного ниже. Ее можно определить из среднего объемного расхода топлива, который составляет m=25 л/100 км.

Рис. 1.3. 11-ти литровый двигатель, 340 л.с.

Скорость для загородного режима: u=80 км/ч;

Тогда время, за которое автомобиль проходит 100 км составит:

t=1 час 15 минут = 75*60= 4500 сек.

Плотность дизельного топлива составляет: ρ=820 кг/м³

В таком случае массовый секундный расход составит:

M(сек)=25*0.82/4500=4 г/сек.

При сжигании 1 кг дизельного топлива выделяется тепло (теплотворная способность):

r=42.7 МДж/кг;

Получается, что средняя выделяемая тепловая мощность равна:

Q=4*42.7*1000=170.8 кВт.

КПД двигателя, по данным разработчиков ,составляет: η_двс=41%.

Тогда мощность, которая используется на привод автомобиля, равна:

N=170.8*1000*0.41=70 кВт.

Получается, что оставшаяся мощность составляет 100.8 кВт. Из рис. 1.4. следует, что  на трение расходуется Q_тр= 10 кВт. Потери тепла через систему охлаждения составляют : Q_охл=170.8*1000*0.3=51.24 кВт.

Рис.1.4. Структура потерь в ДВС

Таким образом мы можем использовать то тепло которое просто вылетает в выхлопную трубу и направить эту энергию на работу автомобильного кондиционера.

Запуская фреоновый цикл, мы получаем дополнительную электрическую мощность и тем самым повышаем КПД нашей системы. На основе программы, разработанной для гелиоустановки, были проведены расчеты по определению эффективности фреоновой энергетической установки, использующей те 51.24 кВт тепловой мощности, которая в первоначальной схеме Scania Irizar Cenruty просто рассеивается с выхлопными газами. Высокая температура газов, выходящих из ДВС, позволяет использовать фреон при температуре 180◦C,соответствующая степень расширения была выбрана равной 10. Полученные результаты отображены на Рис.1.5.-1.8.Был получен  коэффициент полезного действия фреоновой энергетической установки равный η_фр=10.9%.Суммарный КПД гибридной энергетической установки, в таком случае составит:

Он оказывается равен . Данный КПД находится на уровне КПД лучших конденсационных тепловых электростанций.

Рис.1.5. Зависимость температуры паров фреона в турбине от степени расширения

Рис.1.6. Зависимость давления в турбине от степени расширения

Рис.1.7. Зависимость массы паров фреона в ротационной турбине от степени расширения

Рис.1.8. Зависимость массового паросодержания в ротационной турбине от степени расширения

Однако, еще более интересные результаты могут быть получены  если использовать  те  100.8  кВт тепловой мощности, которая в первоначальной схеме Scania Irizar Cenruty просто рассеивается с выхлопными газами и в системе охлаждения. Высокая температура газов, выходящих из ДВС, позволяет использовать фреон при температуре 180◦C,соответствующая степень расширения была выбрана равной 10. Полученные результаты отображены на Рис.1.5.-1.8.Был получен  коэффициент полезного действия фреоновой энергетической установки равный η_фр=10.9%.Суммарный КПД гибридной энергетической установки, в таком случае составит:

Он оказывается равен .

Во втором случае сброс тепла будет производиться через отдельный