Heat Recovery Systems for Agricultural Vehicles: Utilization Ways and Their Efficiency

Abstract

The focus of today’s agriculture is to reduce fuel consumption and pollutant emission. More than 50% of the fuel energy is lost with the exhaust gas and coolant of diesel engines. Therefore, waste heat recovery systems are a promising concept to meet economical and ecological requirements. Agricultural vehicles have an operating cycle that is quite different from on-road trucks (higher engine load factor and less annual utilization). This has influence on the efficiency of waste heat recovery. The purpose of this paper was to analyze different waste heat recovery technologies to be used in agricultural applications. In the study, technical and economic indicators have been used. According to suggested classification, four pathways for utilization were studied. Turbocompounding, electric turbocompounding, and heating of transmission oil for hydraulic clutch gearboxes have proved to be effective for agricultural vehicles. For the economical conditions of the European Union (EU), a turbocompounding diesel engine is acceptable if agricultural tractor rated power is more than 275 kW, and combine harvester rated power is more than 310 kW. In cold climates, heat recovery transmission warm-up may be recommended. Waste heat absorption refrigerators have proven to be a viable technology for air conditioning and intake air cooling systems.

Основна увага в сучасному сільському господарстві приділяється зниженню використання палива і викидів забруднюючих речовин. Більше 50% енергії палива втрачається з вихлопними газами і охолоджувальною рідиною дизельних двигунів. Тому системи утилізації відпрацьованого тепла є перспективною концепцією, що відповідає економічним та екологічним вимогам. Сільськогосподарські транспортні засоби мають робочий цикл, який значно відрізняється від дорожніх автомобілів (вищий коефіцієнт завантаження двигуна і менша річна завантаження). Це впливає на ефективність утилізації тепла. Метою даної роботи був аналіз різних технологій утилізації відпрацьованого тепла, які можуть бути використовуватися в сільському господарстві. У дослідженні використані техніко-економічні показники. Відповідно до запропонованої класифікації були вивчені чотири шляхи використання. Туркомпаундні, електрокомпаундні системи і підігрів трансмісійного масла для коробок передач показали свою ефективність для сільськогосподарських мобільних енергетичних засобів. Для економічних умов Європейського Союзу прийнятним є турбокомпаундні дизельний двигуни, якщо їх номінальна потужність перевищує 275 кВт, а номінальна потужність двигуна комбайна перевищує 310 кВт. В умовах холодного клімату може бути рекомендований передпусковий підігрів. Абсорбційні холодильні машини можуть бути ефективними для систем кондиціонування та охолодження повітря на впуску.

Основное внимание в современном сельском хозяйстве уделяется снижению потребления топлива и выбросов загрязняющих веществ. Более 50% энергии топлива теряется с выхлопными газами и охлаждающей жидкостью дизельных двигателей. Поэтому системы утилизации отработанного тепла являются перспективной концепцией, отвечающей экономическим и экологическим требованиям. Сельскохозяйственные транспортные средства имеют рабочий цикл, который значительно отличается от дорожных автомобилей (более высокий коэффициент загрузки двигателя и меньшая годовая загрузка). Это влияет на эффективность утилизации тепла. Целью данной работы был анализ различных технологий утилизации отработанного тепла, которые могут быть использоваться в сельском хозяйстве. В исследовании использованы технико-экономические показатели. В соответствии с предложенной классификацией были изучены четыре пути использования. Туркомпаундные, электрокомпаундные системы и подогрев трансмиссионного масла для коробок передач показали свою эффективность для сельскохозяйственных мобильных энергетических средств. Для экономических условий Европейского Союза приемлемым является турбокомпаундный дизельный двигатель, если его номинальная мощность превышает 275 кВт, а номинальная мощность комбайна превышает 310 кВт. В условиях холодного климате может быть рекомендован предпусковой подогрев. Абсорбционные холодильные машины могут быть эффективными для систем кондиционирования и охлаждения воздуха на впуске.