適用于內(nèi)燃機(jī)高溫排氣余熱回收的有機(jī)朗肯循環(huán)混合工質(zhì)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于熱力循環(huán)中的有機(jī)工質(zhì)，具體涉及一組含有烷烴和CO2的有機(jī)朗肯循 環(huán)工質(zhì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前采用有機(jī)朗肯循環(huán)進(jìn)行余熱回收的內(nèi)燃機(jī)日益受到廣泛重視。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫 度高、溫差大，因此工質(zhì)的選擇對(duì)內(nèi)燃機(jī)余熱的回收效果是非常關(guān)鍵的。常見的制冷工質(zhì)分 解溫度較低，如果熱力循環(huán)溫度超過其分解溫度，會(huì)導(dǎo)致工質(zhì)的熱物性發(fā)生改變，進(jìn)而影響 整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的性能。因此這類工質(zhì)大多適用于低溫型有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC)，如地?zé)帷⑻?能等領(lǐng)域。適合內(nèi)燃機(jī)余熱回收的（高溫型）純質(zhì)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(xiǎn)物質(zhì)，一旦發(fā)生泄漏，后果不堪設(shè)想，因此限制 了該類工質(zhì)的推廣和實(shí)際應(yīng)用。如果在烷烴類工質(zhì)中加入安全環(huán)保的阻燃劑CO2，那么這種 混合工質(zhì)的性質(zhì)就可隨著組元配比的不同得到調(diào)和，既可以充分抑制前述的可燃性，也可 以改善其循環(huán)性能等。此外單采用CO2作為循環(huán)工質(zhì)因其臨界溫度很低，對(duì)冷凝條件的要 求十分苛刻，也限制了其使用條件。為此本發(fā)明提出的烷烴與〇)2形成的混合工質(zhì)可以很 好的彌補(bǔ)所述缺陷，而且烷烴和CO2都屬于自然工質(zhì)，ODP值為零，GWP值也很小，應(yīng)用于高 溫余熱利用回收技術(shù)領(lǐng)域具有較好的發(fā)展前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是，提供一組兼顧環(huán)保、安全與性能的用于內(nèi)燃機(jī)高溫排氣余熱回 收的有機(jī)朗肯循環(huán)混合工質(zhì)，可適用于為200~600°C高溫排氣余熱系統(tǒng)。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的而提出的適用于內(nèi)燃機(jī)高溫排氣余熱回收的有機(jī)朗肯循環(huán) 混合工質(zhì)，由烷烴和CO2組成。具體由正丁烷（R600)、或異丁烷（R600a)、或正戊烷與0)2所 分別組成。
[0005] 其中：由正丁烷/CO2組成的混合工質(zhì)中，其質(zhì)量百分比為：20-32/68-80 ;由異丁 烷/CO2組成的混合工質(zhì)中，其質(zhì)量百分比為：20-32/68-80 ;由正戊烷/CO 2組成的混合工質(zhì) 中，其質(zhì)量百分比為=15-27/73-85,上述各兩組元質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和均為100%。
[0006] 以上混合工質(zhì)的燃燒熱均小于19000kJ/kg，按質(zhì)量百分比計(jì)，其可燃下限大于 O.lkg/m3,按體積百分?jǐn)?shù)計(jì)，其可燃下限大于5.0%，滿足IS0/FDIS817:2012標(biāo)準(zhǔn)和美國 ANSI/ASHRAE34-2010標(biāo)準(zhǔn)中的A2類安全工質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，具有較高的安全性。
[0007] 上述混合工質(zhì)中各組分均是自然工質(zhì)，ODP值為0，GWP值都很小，環(huán)保性能好。對(duì) 于有機(jī)朗肯循環(huán)設(shè)計(jì)工況，熱效率高于14%，熱力性能優(yōu)良。
[0008] 本發(fā)明的特點(diǎn)以及有益效果：
[0009] (1)環(huán)境性能優(yōu)良：混合工質(zhì)中各組分都是自然工質(zhì)，ODP值都為零，GWP都很低， 則其組成的二元混合物環(huán)境特性十分優(yōu)良，符合保護(hù)臭氧層、減小溫室效應(yīng)的要求。
[0010] (2)安全性能較好：在（溫度為298K，壓力為Iatm)環(huán)境條件下，安全性能較高。
[0011] (3)熱工參數(shù)適宜：對(duì)于中高溫有機(jī)朗肯循環(huán)設(shè)計(jì)工況，熱效率高于14%。
[0012] (4)循環(huán)熱利用率高：本發(fā)明均為二元非共沸混合工質(zhì)，與冷熱源換熱時(shí)存在溫 度滑移，可以減小傳熱過程的溫差，進(jìn)而減小不可逆換熱損失。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 以下實(shí)施例中混合工質(zhì)的各組元組分均指質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
[0014] 實(shí)施例Al :將正丁烷/0)2按32:68在常溫下進(jìn)行物理混合后進(jìn)行系統(tǒng)充灌。
[0015] 實(shí)施例A2 :將正丁烷/0)2按28:72在常溫下進(jìn)行物理混合后進(jìn)行系統(tǒng)充灌。
[0016] 實(shí)施例A3 :將正丁烷/0)2按24:76在常溫下進(jìn)行物理混合后進(jìn)行系統(tǒng)充灌。
[0017] 實(shí)施例A4 :將正丁烷/0)2按20:80在常溫下進(jìn)行物理混合后進(jìn)行系統(tǒng)充灌。
[0018] 實(shí)施例Bl :將異丁烷/0)2按32:68在常溫下進(jìn)行物理混合后進(jìn)行系統(tǒng)充灌。
[0019] 實(shí)施例B2 :將異丁烷/0)2按28:72在常溫下進(jìn)行物理混合后進(jìn)行系統(tǒng)充灌。
[0020] 實(shí)施例B3 :將異丁烷/0)2按24:76在常溫下進(jìn)行物理混合后進(jìn)行系統(tǒng)充灌。
[0021] 實(shí)施例B4 :將異丁烷/0)2按20:80在常溫下進(jìn)行物理混合后進(jìn)行系統(tǒng)充灌。
[0022] 實(shí)施例Cl :將正戊烷/0)2按27:73在常溫下進(jìn)行物理混合后進(jìn)行系統(tǒng)充灌。
[0023] 實(shí)施例C2 :將正戊烷/0)2按23:77在常溫下進(jìn)行物理混合后進(jìn)行系統(tǒng)充灌。
[0024] 實(shí)施例C3 :將正戊烷/0)2按19:81在常溫下進(jìn)行物理混合后進(jìn)行系統(tǒng)充灌。
[0025] 實(shí)施例C4 :將正戊烷/0)2按15:85在常溫下進(jìn)行物理混合后進(jìn)行系統(tǒng)充灌。
[0026] 各實(shí)施例中混合工質(zhì)的臨界參數(shù)如表1所示，混合工質(zhì)具有適當(dāng)?shù)呐R界溫度和臨 界壓力，并且具有較寬的使用范圍。
[0027] 表1工質(zhì)物性基本參數(shù)
[0028]
[0029]
[0030] P。:臨界壓力，T臨界溫度，T _:分解溫度
[0031] 發(fā)動(dòng)機(jī)余熱利用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工況取為：渦輪進(jìn)口壓力為lOMPa，渦輪進(jìn)口溫度為 550K，冷凝露點(diǎn)溫度為300K，膨脹機(jī)絕熱效率為0. 7,增壓栗效率為0. 8,蒸發(fā)器、回?zé)崞骱?冷凝器中的窄點(diǎn)溫差分別為30k、15K和5K。根據(jù)循環(huán)分析，得到部分實(shí)施例循環(huán)性能指標(biāo) 如表2所示。
[0032] 表2本發(fā)明部分實(shí)施例性能
[0033]
[0034] 通過上述實(shí)施例及其循環(huán)數(shù)據(jù)可知，本發(fā)明利用烷烴與OV混合，所得混合工質(zhì)既 可以獲得較好的環(huán)境性能和安全性能，同時(shí)也可以得到較佳的熱力性能，綜合性能優(yōu)良。本 發(fā)明涉及的混合工質(zhì)具有適當(dāng)?shù)呐R界壓力和臨界溫度，相比純工質(zhì)CO2而言，使用范圍更 廣，熱力性能有很大提尚。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.適用于內(nèi)燃機(jī)高溫排氣余熱回收的有機(jī)朗肯循環(huán)混合工質(zhì)，其特征是：由正丁烷 (R600)、或異丁烷（R600a)、或正戊烷（C5H12)與0)2所分別組成的混合工質(zhì)，其中：由正丁烷 /CO 2組成的混合工質(zhì)中，其質(zhì)量百分比為：20-32/68-80,兩組元質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100% ; 由異丁烷/CO2組成的混合工質(zhì)中，其質(zhì)量百分比為：20~32/68-80,兩組元質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之 和為100% ;由正戊烷/CO2組成的混合工質(zhì)中，其質(zhì)量百分比為：15-27/73-85,其兩組元質(zhì) 量百分?jǐn)?shù)之和為100%。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一組適用于內(nèi)燃機(jī)高溫排氣余熱回收的有機(jī)朗肯循環(huán)混合工質(zhì)，包括正丁烷/CO2，異丁烷/CO2，正戊烷/CO2。各組元的質(zhì)量百分比為：正丁烷/CO2：20-32/68-80；異丁烷/CO2：20～32/68-80：正戊烷/CO2：15-27/73-85。將所述混合工質(zhì)在常溫下進(jìn)行物理混合后進(jìn)行系統(tǒng)充灌?；旌瞎べ|(zhì)均屬于自然工質(zhì)，ODP值等于零，GWP值很小，具有很好的環(huán)保性能。同時(shí)也滿足ISO？817-2010標(biāo)準(zhǔn)和美國ASHRAE？34-2010標(biāo)準(zhǔn)中的A2類安全工質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，具有較高的安全性。混合工質(zhì)的臨界壓力和臨界溫度適當(dāng)，在有機(jī)朗肯循環(huán)設(shè)計(jì)工況下的熱效率高于14％，熱力性能優(yōu)良。
【IPC分類】C09K5/04
【公開號(hào)】CN105062426
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510422689
【發(fā)明人】舒歌群, 龍彪, 田華, 石凌峰, 劉祎
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)
【公開日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年7月17日