[发明专利]含有甲苯的有机朗肯循环混合工质

说明书

技术领域

本发明属于热力循环工质，具体涉及一种作为内燃机排气余热回收系统中的循环工质。

背景技术

发动机排气压力较低、温度较高，其直接膨胀做功的能量利用效果较差，因此吸收式制冷的应用受到限制。目前采用有机朗肯循环（ORC）回收内燃机余热成为研究热点，采用有机朗肯循环进行余热回收，工质的选择将成为关键。对于换热器来讲，其可用能损耗主要是温差换热，即工质侧温度与热、冷源的平均温差。对于亚临界饱和循环，纯工质是等温蒸发，而混合工质在相变时会发生温度滑移，可以更好的贴合热源，进而减小传热温差，其可用能损耗也就小。对于发动机的余热利用，由于排气温度高，在其换热过程中温降梯度较大，那么纯质等温蒸发过程换热温差也就更大；混合工质与大温差梯度热源能更好的匹配和跟随，在减少不可逆损失方面具有更大的潜力。尤其是混合工质的特性能将随着组元或者配比的不同，更好地与换热器冷、热流体间温差的匹配，提高系统效率。

本发明提供的混合工质，是作为400~700℃高温排气余热利用的系统而研制的，也可用作高温地热、生物质能的热力循环工质。

发明内容

本发明的目的是，提供一种适于发动机余热系统应用的含有甲苯的有机朗肯循环混合工质，也可用作高温地热、生物质能的热力循环工质。

本发明提出的含有甲苯的有机朗肯循环混合工质共包括了两种组元物质，甲苯（C₇H₈）和二氯一氟乙烷（R141b）。

各组元物质的基本参数如表1所示。

本发明内容介绍及实施例：含有甲苯的有机朗肯循环混合工质，由甲苯和二氯一氟乙烷组成，两种组元的质量百分数配比为：甲苯/二氯一氟乙烷：80/20；或者甲苯/二氯一氟乙烷：60/40；或者甲苯/二氯一氟乙烷：40/60；或者甲苯/二氯一氟乙烷：20/80。

以上每种混合工质的各组元物质质量百分数之和为100%。

上述混合工质的制备方法是，将各组元物质按其指定的质量配比在常温下进行物理混合即可。

本发明具有以下优点及有益效果：

（1）环境性能：本发明混合工质中R141b的ODP接近于零，GWP较低。可见其环境特性优良，符合保护臭氧层、减小温室效应的要求。

（2）热工参数（如表2）：排气温度为792.15K时，A工质在亚临界饱和循环工况(如蒸发温度520K、冷凝温度308K)下的蒸发压力在2.36MPa左右、冷凝压力在0.029MPa左右。对照甲苯纯工质，相同工况下的热工参数为：蒸发压力为1.59Mpa、冷凝压力为0.006Mpa。可见，在高温设计工况下，纯工质甲苯的冷凝压力过低，在实际过程中很难应用，对冷凝器的设计是一个挑战，而混合工质可以改善这一现象。

（3）循环性能：本发明在上述设计工况下，A工质循环热效率为25.33%，效率最高可达56.11%，而损失只有23.68kw，循环性能优良。

表1混合工质所含组元的基本参数

T_b：正常沸点，T_c：临界温度，P_c：临界压力

表2四种不同质量百分数配比的混合工质物性参数

具体实施方式

实施例1：取80^mass%（C₇H₈）和20^mass%R141b，在常温下进行物理混合后作为循环工质。

实施例2：取60^mass%（C₇H₈）和40^mass%R141b，在常温下进行物理混合后作为循环工质。

实施例3：取40^mass%（C₇H₈）和60^mass%R141b，在常温下进行物理混合后作为循环工质。

实施例4：取20^mass%（C₇H₈）和80^mass%R141b，在常温下进行物理混合后作为循环工质。

发动机余热利用系统的设计工况取为：蒸发温度为470K，冷凝温度为308K，膨胀机绝热效率为0.7，增压泵效率为0.8。根据循环计算，上述4个实施例的有关参数和循环性能指标如表3所示。

表3实施例性能

可将本混合工质直接应用于内燃机高温排气余热ORC系统，不需要添加导热油等二次换热系统（当前高温排气余热回收普遍采用），并且能够保证循环能效和机组主要硬件匹配度。