[發明專利]一種內燃機余熱回收動力循環用環保高效型混合工質

在審

• 申請號: 201811643869.2
• 申請日: 2018-12-30
• 公開（公告）號: CN109705814A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 劉鵬;舒歌群;田華;喻志剛
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C09K5/04
• 分類號: C09K5/04;F02G5/00
• 代理公司: 天津一同創新知識產權代理事務所(普通合伙) 12231
• 代理人: 李麗萍

本發明公開了一種內燃機余熱回收動力循環用環保高效型混合工質，由二氧化碳和制冷劑組成，所述制冷劑是高效環保型制冷劑，所述高效環保型制冷劑是氟乙烷、1,1?二氟乙烷和二氟甲烷中的任何一種；所述高效環保型制冷劑的質量百分比為10～70，其余為二氧化碳。本發明中的制冷劑安全性能滿足美國ANSI/ASHRAE34?2010標準中的A2類工質安全要求，同時CO₂具有阻燃作用，因而具有很高的安全性能。制冷劑的GWP值低于1000、ODP值為0，CO₂的GWP值為1、ODP值為0。整體的混合工質環保性能良好。使用該混合工質的動力系統的操作壓力明顯下降，系統的冷卻條件放寬，滿足車用余熱回收系統條件，可以同時高效回收發動機煙氣和缸套水的余熱能，設計工況下熱效率高于12％，熱力學性能良好。

技術領域

本發明屬于一種內燃機余熱回收動力循環用工質，尤其涉及一種內燃機余熱回收動力循環用混合工質。

背景技術

目前環境問題日益嚴峻，能源日漸短缺，這些都刺激著節能減排技術的發展。這其中，內燃機的節能減排被認為是其中重要的環節。以有機朗肯動力循環技術為代表的底循環技術被認為是有潛力商業化的內燃機余熱回收技術。而一般的有機朗肯動力循環采用傳統制冷劑作為工質，其普遍具有較高的全球變暖潛能值(GWP值)和消耗臭氧潛能值(ODP值)，對環境具有明顯的不利影響。之前的我們通過研究表明CO₂具有很好的熱力學性能，可以同時高效回收內燃機高低品位的余熱源，系統具有小型化優勢，同時CO₂屬于自然工質，對環境影響很小，應用于高溫余熱回收領域的潛力巨大。但是CO₂工質由于臨界溫度過低，冷凝條件嚴苛，很難利用自然冷源冷卻。這成為了限制CO₂系統車用的關鍵問題。如果在CO₂工質中加入少量的低GWP值、低ODP值的制冷劑工質形成混合物。這樣形成的混合物在滿足環保要求的同時，臨界溫度可以有效提高，從而使其滿足車用常溫冷卻要求。除此之外，混合工質還可以降低系統的操作壓力，提高系統安全性。

發明內容

針對現有技術，本發明提供一種內燃機余熱回收動力循環用環保高效型混合工質，兼顧了安全環保、高效、并且滿足車用冷卻條件的適用于內燃機高低品位余熱能高效回收的動力循環工質。

為了解決上述的技術問題，本發明提出一種內燃機余熱回收動力循環用環保高效型混合工質，由二氧化碳和制冷劑組成，所述制冷劑是高效環保型制冷劑，所述高效環保型制冷劑是氟乙烷、1,1-二氟乙烷和二氟甲烷中的任何一種；所述高效環保型制冷劑的質量百分比為10～70，其余為二氧化碳。

進一步講，所述高效環保型制冷劑的質量百分比為50～60。

所述高效環保型制冷劑的GWP值低于1000、ODP值為0。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明混合工質以CO₂作為一種組分，CO₂的GWP值為1、ODP值為0，另一種組分(即高效環保型制冷劑)是一種GWP值低于1000、ODP值為0的制冷劑工質，是氟乙烷(R161)，或者1,1-二氟乙烷(R152a)，或者二氟甲烷(R32))，環保性能良好，即ODP(臭氧消耗潛力值)＝0和GWP(溫室效應潛力值)<100。

本發明的混合工質中使用的制冷劑安全性能滿足美國ANSI/ASHRAE34-2010標準中的A2類工質安全要求，同時CO₂具有阻燃作用，該混合工質具有很高的安全性能。在環境溫度條件(溫度298K，壓力1atm)下，混合工質安全性能優良。使用該混合工質，系統操作壓力明顯下降，降低了系統的安全風險。對發動機高低品位熱源耦合回收能力優良，可以同時高效回收發動機煙氣和缸套水的余熱能。熱力學性能良好，在給定發動機余熱回收動力循環最優工況下，熱效率高于12％。循環熱損失小，本發明為二元非共沸混合工質，在與冷熱源換熱過程中存在溫度滑移，有效減小了換熱過程中的不可逆損失。