[發明專利]適用于內燃機高溫排氣余熱回收的有機朗肯循環混合工質

在審

• 申請號: 201510422689.1
• 申請日: 2015-07-17
• 公開（公告）號: CN105062426A
• 公開（公告）日: 2015-11-18
• 發明（設計）人: 舒歌群;龍彪;田華;石凌峰;劉祎
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C09K5/04
• 分類號: C09K5/04
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 董一寧

技術領域

本發明屬于熱力循環中的有機工質，具體涉及一組含有烷烴和CO₂的有機朗肯循環工質。

背景技術

目前采用有機朗肯循環進行余熱回收的內燃機日益受到廣泛重視。發動機排氣溫度高、溫差大，因此工質的選擇對內燃機余熱的回收效果是非常關鍵的。常見的制冷工質分解溫度較低，如果熱力循環溫度超過其分解溫度，會導致工質的熱物性發生改變，進而影響整個循環系統的性能。因此這類工質大多適用于低溫型有機朗肯循環(ORC)，如地熱、太陽能等領域。適合內燃機余熱回收的(高溫型)純質性能較好的主要集中在烷烴類、苯類和硅氧烷類等。但是它們屬于易燃易爆的危險物質，一旦發生泄漏，后果不堪設想，因此限制了該類工質的推廣和實際應用。如果在烷烴類工質中加入安全環保的阻燃劑CO₂，那么這種混合工質的性質就可隨著組元配比的不同得到調和，既可以充分抑制前述的可燃性，也可以改善其循環性能等。此外單采用CO₂作為循環工質因其臨界溫度很低，對冷凝條件的要求十分苛刻，也限制了其使用條件。為此本發明提出的烷烴與CO₂形成的混合工質可以很好的彌補所述缺陷，而且烷烴和CO₂都屬于自然工質，ODP值為零，GWP值也很小，應用于高溫余熱利用回收技術領域具有較好的發展前景。

發明內容

本發明的目的是，提供一組兼顧環保、安全與性能的用于內燃機高溫排氣余熱回收的有機朗肯循環混合工質，可適用于為200～600℃高溫排氣余熱系統。

為實現本發明的目的而提出的適用于內燃機高溫排氣余熱回收的有機朗肯循環混合工質，由烷烴和CO₂組成。具體由正丁烷(R600)、或異丁烷(R600a)、或正戊烷與CO₂所分別組成。

其中：由正丁烷/CO₂組成的混合工質中，其質量百分比為：20-32/68-80；由異丁烷/CO₂組成的混合工質中，其質量百分比為：20-32/68-80；由正戊烷/CO₂組成的混合工質中，其質量百分比為：15-27/73-85，上述各兩組元質量百分數之和均為100％。

以上混合工質的燃燒熱均小于19000kJ/kg，按質量百分比計，其可燃下限大于0.1kg/m³，按體積百分數計，其可燃下限大于5.0％，滿足ISO/FDIS817:2012標準和美國ANSI/ASHRAE34-2010標準中的A2類安全工質標準，具有較高的安全性。

上述混合工質中各組分均是自然工質，ODP值為0，GWP值都很小，環保性能好。對于有機朗肯循環設計工況，熱效率高于14％，熱力性能優良。

本發明的特點以及有益效果：

(1)環境性能優良：混合工質中各組分都是自然工質，ODP值都為零，GWP都很低，則其組成的二元混合物環境特性十分優良，符合保護臭氧層、減小溫室效應的要求。

(2)安全性能較好：在(溫度為298K，壓力為1atm)環境條件下，安全性能較高。

(3)熱工參數適宜：對于中高溫有機朗肯循環設計工況，熱效率高于14％。

(4)循環熱利用率高：本發明均為二元非共沸混合工質，與冷熱源換熱時存在溫度滑移，可以減小傳熱過程的溫差，進而減小不可逆換熱損失。

具體實施方式

以下實施例中混合工質的各組元組分均指質量百分數。

實施例A1：將正丁烷/CO₂按32:68在常溫下進行物理混合后進行系統充灌。

實施例A2：將正丁烷/CO₂按28:72在常溫下進行物理混合后進行系統充灌。

實施例A3：將正丁烷/CO₂按24:76在常溫下進行物理混合后進行系統充灌。

實施例A4：將正丁烷/CO₂按20:80在常溫下進行物理混合后進行系統充灌。

實施例B1：將異丁烷/CO₂按32:68在常溫下進行物理混合后進行系統充灌。

實施例B2：將異丁烷/CO₂按28:72在常溫下進行物理混合后進行系統充灌。

實施例B3：將異丁烷/CO₂按24:76在常溫下進行物理混合后進行系統充灌。

實施例B4：將異丁烷/CO₂按20:80在常溫下進行物理混合后進行系統充灌。