Utilizing heat regeneration within hydraulic pressure accumulator

摘要

Tekniikan kehittyessä toimilaitteiden ja järjestelmien suunnittelussa ja toteutuksessa laitteiden ja koneiden energia- ja kustannustehokkuus nousevat jatkuvasti tärkeämpään rooliin. Hydraulisilla toimilaitteilla saavutetaan korkea tehotiheys, mutta järjestelmien kokonaishyötysuhde on usein heikko. Hyötysuhdetta voidaan nostaa lisäämällä järjestelmiin energian talteenotto, jolloin työkierroista voidaan normaalisti hukkaan menevää energiaa varastoida ja käyttää uudelleen seuraavassa työkierrossa.Hydraulisissa energian talteenottojärjestelmissä energiaa varastoidaan tyypillisesti hydraulipaineakkuihin. Paineakuissa energia varastoituu puristamalla paineakun kaasutilavuudessa olevaa kaasua. Puristusvaiheen aikana kaasun lämpötila nousee ja lämpö alkaa virrata paineakusta ympäristöön. Tämä energian virtaaminen ympäristöön muodostaa merkittävimmän yksittäisen paineakun hyötysuhdetta laskevan tekijän.Tämän työn tavoitteena oli nostaa mäntäpaineakun hyötysuhdetta hyödyntämällä lämmön regenerointia. Lämmön regeneroinnilla pyritään varastoimaan kaasussa puristusvaiheessa syntyvä lämpöenergia lämpöregeneraattoriin ja luovuttamaan energia takaisin kaasuun paineakun purkusyklin aikana. Työssä suunniteltu lämpöregeneraattori perustui faasimuutosmateriaalien hyödyntämiseen energiavarastona. Faasimuutosmateriaalit soveltuvat erinomaisesti lämpövarastoiksi, sillä ne kykenevät sitomaan suuren määrän energiaa faasimuutoksen aikana, jolloin työssä suunniteltu lämpöregeneraattori saatiin mahdutettua mäntäpaineakun sisälle.Työssä saatujen mittaustuloksien perusteella pääteltiin, että lämpöregeneraattorin dynamiikan merkitys nousi merkittävämmäksi kuin lämpöregeneraattorin kyky varastoida lämpöenergiaa. Lämpöregeneraattorin hidas dynamiikka ei mahdollista tehokasta energian talteenottoa nopeista puristus- tai purkusykleistä, ja tämän takia lämpöregeneraattorista saatava hyöty jäi pieneksi. Työssä toteutetulla lämpöregeneraattorilla saavutettiin parhaimmillaan 3 prosenttiyksikön hyötysuhteen nousu verrattaessa samaan mäntäpaineakkuun ilman lämmön regenerointia.