Orta güçteki bir taşıt dizel motoru için organik rankine çevriminin gerçekçi kısıtlarla tasarımı ve analizi

Dünyada ve ülkemizde, orta güçteki dizel motorlar kamyonlarda ve iş makinelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu motorlarda yüksek miktarda enerji egzoz gazı ile atmosfere salınmaktadır. Bu çalışmada, dizel motorlarda egzoz gazı atık ısısının geri kazanılması için gerçekçi kısıtlar ve yaklaşımlar dikkate alınarak ORC tasarımı ve termodinamik analizi yapılmıştır. Tasarım ve analizlerde, gücü 261 kW olan turbo şarjlı 6 silindirli bir dizel motora ait deneysel veriler kullanılmıştır. Çalışmada mobil sistemler hedeflendiğinden, güvenlik, boyutsal kısıtlar ve enerji kaynağının düzensizliği tasarımı zorlayıcı etkiler olarak dikkate alınmıştır. Sistem boyutlarının küçültülmesi için temel ORC tercih edilmiştir. Potansiyel iş akışkanları yanıcı olmayan ve çevresel zararları en düşük akışkanlar arasından seçilmiştir. Çevrim analizlerinde üç farklı iş akışkanın (R123, R141b ve R245fa) performansları karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Dizel motorun devri yükseldikçe (1300, 1600, 1900, 2200 dev/dk) egzoz gazının debisi artarken sıcaklığının ise düştüğü görülmüştür. Egzoz gazı sıcaklığı düşmesine rağmen, debideki artış çevrimdeki net güç kazanımını artırmıştır. R141b çevrim akışkanıyla elde edilen en yüksek ısıl verim ve net güç sırasıyla %15,24 ve 21,53 kW'tır. Ayrıca, R141b iş akışkanı ile 1600 dev/dak motor devrinde net güç geri kazanımı 5, 10 ve 15 kW olan ORC sistemlerinin temel bileşenleri için kütle, hacim ve maliyet hesapları yapılmıştır. Çalışma sonucunda, egzoz gazı atık ısısı temel ORC ile geri kazanıldığında, motor devri ve kullanılan iş akışkanına göre %5,42 ile %8,25 arasında değişen oranlarda ilave güç sağlanabileceği görülmüştür. Ayrıca, 15 kW net güç geri kazanımı için gerekli ORC sistemi ağırlığının ve hacminin, uzun yol nakliye kamyonlarının ağırlık ve hacminin yaklaşık %0,6'sı kadar olduğu belirlenmiştir.