مطالعه تجربی تأثیر استفاده از مخلوط سوخت دیزل-بیودیزل بر قابلیت بازیافت حرارت تلف شده در یک مولد برق کوچک

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

دانشیار/ دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز، ایران

چکیده

در موتورهای دیزل سهم قابل توجهی از انرژی حاصل از احتراق سوخت از طریق اگزوز و سیستم خنک­کننده موتور تلف می­شود. استفاده از سوخت ­های زیستی می­ تواند بر میزان حرارت بازیافتی از موتور نیز اثر گذار باشد. در تحقیقی که به ­تازگی در این مورد منتشر­شده، تأکید شده است که افزایش درصد بیودیزل در مخلوط سوخت پتانسیل بازیافت حرارت را کاهش می­دهد. در تحقیق مذکور تنها سوخت­های بیودیزل خالص و مخلوط 50 درصد بیودیزل با دیزل معمولی بررسی شده است. این در حالی است که معمولاً در استانداردها استفاده از مخلوط­ های کمتر از 20 درصد بیودیزل توصیه شده است. در مقاله حاضر تأثیر استفاده از مخلوط ­های بیودیزل با درصدهای 10، 20 و 30 درصد حجمی بر پتانسیل بازیافت حرارت از اگزوز و سیستم خنک­ کاری یک مولد برق کوچک به­کمک یک سامانه­ بازیاب ترموالکتریک تک­ماژوله بررسی و با سوخت دیزل معمولی مقایسه شده است. نتایج نشان داد که تأثیر بیودیزل بر امکان بازیافت حرارت از موتور یک روند یکنوای کاهشی ندارد، به­ طوری که با افزایش درصد حجمی بیودیزل تا 20 درصد، پتانسیل بازیافت حرارت افزایش می ­یابد. افزایش بیشتر سهم بیودیزل در مخلوط سوخت باعث کاهش پتانسیل بازیافت حرارت خواهد شد. بیشترین پتانسیل بازیافت حرارت برای مخلوط B20 مشاهده شد. نتایج تجربی انجام­ شده با یک ماژول ترموالکتریک نشان داد که استفاده از مخلوط B20 نسبت به دیزل معمولی بسته به­ میزان بار موتور می­تواند ولتاژ مدار باز ماژول را تا 12 درصد و بیشینه توان خروجی از آن را تا 25 درصد افزایش دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental investigation on the effect of diesel-biodiesel blends on waste heat recovery capability of a small power generator

نویسنده [English]

  • Amir Omidvar
Associate Professor/Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Shiraz University of Technology, Shiraz, Iran
چکیده [English]

In diesel engines, a significant part of extracted energy from fuel combustion is lost through exhaust and engine coolant system. The use of biofuels can also affect the heat recovery of the engine. According to the Results of a recent research, the quantity and quality of heat recovered by exhaust gas decreases by increasing the percentage of biodiesel in blend. In the mentioned study, only pure biodiesel fuel and a mixture of 50% biodiesel with conventional diesel have been investigated. While, it is usually recommended to use blends less than 20% biodiesel in standards. In this paper, the potentiality of waste heat recovery of a small power generator has been investigated for B10, B20 and B30 and compared with custom pure diesel fuel. For this purpose, a single module thermoelectric generator (TEG) was used. Results showed that the effect of biodiesel on the waste heat recovery potential of the engine has not a monotonic decreasing trend. As the biodiesel volume increases by up to 20%, the waste heat recovery potentiality increases. Further increasing of biodiesel fraction in blend will reduce the potential of heat recovery. The highest potential for heat recovery was found for blend of B20. Single-module based experiment results showed that the use of the B20 mixture in comparison with conventional diesel fuel can increase the module’s open circuit voltage up to 12% and consequently increase the maximum output power of the module by 25%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Biodiesel
  • Heat Recovery
  • Thermoelectric Generator
  1. M. Hatami, D. D. Ganji, M. Gorji-Bandpey, “A review of different heat exchangers designs for increasing the diesel exhaust waste heat recovery,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, 37, 2014, pp. 168-181.
  2. M. S. Wei, J. Fang, C. C. Ma, S. N. Danish, “Waste heat recovery from heavy-duty diesel engine exhaust gases by medium temperature ORC system,” Science China Technological Science, 54, 2011, pp. 2746-2753.
  3. S. Bari, S. N. Hossain, “Waste heat recovery from a diesel engine using shell and tube heat exchanger,” Applied Thermal Engineering, 61, 2013, pp. 355-363.
  4. T. Chen, W. Zhuge, Y. Zhang, L. Zhang, “A novel cascade organic Rankine cycle (ORC) system for waste heat recovery of truck diesel engines,” Energy Conversion and Management, 138, 2017, pp. 210-223.
  5. J. H. Meng, X. D. Wang, W. H. Chen, “Performance investigation and design optimization of a thermoelectric generator applied in automobile exhaust waste heat recovery,” Energy Conversion and Management, 120, 2016, pp. 71-80.
  6. T. Wang, W. Luan, T. Liu, S. T. Tu, J. Yan, “Performance enhancement of thermoelectric waste heat recovery system by using metal foam inserts,” Energy Conversion and Management, 124, 2016, pp. 13-19.
  7. M. E. Demir, I. Dincer, “Performance assessment of a thermoelectric generator applied to exhaust waste heat recovery,” Applied Thermal Engineering, 120, 2017, pp.694-707.
  8. B. Orr, A. Akbarzadeh, P. Lappas, “An exhaust heat recovery system utilizing thermoelectric generators and heat pipes,” Applied Thermal Engineering, 126, 2017, pp. 1158-1190.
  9. W. He, S. Wang, “Thermoelectric performance optimization when considering engine power loss caused by back pressure applied to engine exhaust waste heat recovery,” Energy, 133, 2017,pp. 584-592.
  10. A. A. Negash, T. Y. Kim, G. Cho, “Effect of electrical array configuration of thermoelectric modules on waste heat recovery of thermoelectric generator,” Sensors and Actuators A: Physical, 260, 2017, pp. 212-219.
  11. B. Orr, A. Akbarzadeh, “Prospects of waste heat recovery and power generation using thermoelectric generators,” Energy Procedia, 110, 2017, pp. 250-255.
  12. T. Y. Kim, A. Negash, G. Cho, “Experimental and numerical study of waste heat recovery characteristics of direct contact of thermoelectric generator,” Energy Conversion and Management, 140, 2017, pp. 273-280.
  13. F. Meng, L. Chen, Y. Feng, B. Xiong, “Thermoelectric generator for industrial gas phase waste heat recovery,” Energy, 135, 2017, pp. 83-90.
  14. S. Lan, Z. Yang, R. Chen, R. Stobart, “A dynamic model for thermoelectric generator applied to vehicle waste heat recovery,” Applied Energy, 210, 2018, pp. 327-338.
  15. S. Chinguwa, C. Musora, T. Mushiri, “The design of portable automobile refrigerator powered by exhaust heat using thermoelectric,” Procedia Manufacturing, 21, 2018, pp. 741-748.
  16. S. Murillo, J. L. Miguez, J. Porterio, E. Granada, J. C. Moran, “Performance and exhaust emissions in the use of biodiesel in outboard diesel engines,” Fuel, 86, 2007, pp. 1765-1771.
  17. A. Zenouzi, B. Ghobadian, T. Tavakouli Hashjin, M. Feiz Elahnezhad, H. Bagherpour, “Effect of the blends of diesel and biodiesel made from waste cooking oil on compression ignition engine (CI) performance,” Fuel and Combustion, 1, No.1, 2008, pp. 53-59. (in Persian)
  18. A. Magno, E. Mancaruso, B. M. Vaglieco, “Effects of both blended and pure biodiesel on waste heat recovery potentiality and exhaust emissions of a small CI (compression ignition) engine,” Energy, 86, 2015, pp. 661-671.
  19. J. Jeon, S. Park, “Effect of injection pressure on soot formation/ oxidation characteristics using a two-color photometric method in a compression-ignition engine fueled with biodiesel blend (B20),” Applied Thermal Engineering, 131, 2018, pp. 284-294.
  20. M. Saidi Neicharan, B. Ghobadian, G. Najafi, “Experimental investigation of a diesel engine performance parameters using biodiesel fuel,” Journal of Engine Research, 16, 2009, pp.29-36. (in Persian)
  21. M. Gülüm, A. Bilgin, “Density, flash point and heating value variations of corn oil biodiesel-diesel fuel blends,” Fuel Processing Technology, 134, 2015, pp. 456-464.
  22. N. Sugiarthe, P. Satra Negara, “Technical feasibility evaluation on the use of a Peltier thermoelectric module to recover automobile exhaust heat, Journal of Physics: Conf. Series, 953, 2018, 012090.
  23. http://peltiermodules.com/peltier.datasheet/TEC1-12706.pdf, Visited on 20 July 2018.
  24. S. Punnachaiya, P. Kovitchcharoenkul, D. Tong-aram, “Development of low grade waste heat thermoelectric power generator,” Songklanakarin Journal of Science and Technology, 32, 2010, pp. 307-313.