柴油机余热回收朗肯循环混合工质1,1,1,3,3-五氟丙烷和五氟乙烷及余热回收方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及的是一种用于回收柴油机余热的低溫朗肯循环系统的二元混合工质。 本发明也设及采用二元混合工质的柴油机余热回收方法。
【背景技术】
[0002] 能源问题己经成为经济发展中一个头等重要问题。柴油机W其经济性和热效率高 的优势，广泛应用于工业生产和运输产业的各个领域，但其废热占到燃烧总能量的55%-70%，大部分的能量通过冷却水散热和高溫尾气排放到大气中。随着能源供应日益紧张，节 能、降耗、提高能源利用率越来越引起人们的重视，所W发动机排气余热的利用是必然趋 势。
[0003] 目前，针对于回收柴油机余热，有机朗肯循环系统采用纯工质，对于纯工质循环动 力系统来说，蒸发器的炯损失最高，限制了循环效率及循环净功的提高，其主要原因在于夹 点溫差导致纯工质和热源的匹配效果差，夹点溫差是蒸发器过程中溫差最小的点，它出现 在纯工质泡点位置，纯工质的泡点溫度和露点溫度相同，而混合工质的泡点溫度和露点溫 度不同，存在溫度滑移，运对于混合工质与冷热源的匹配有很大的益处。因此，开发环境友 好、热力学性能好的新型可靠的工质，对柴油机余热利用系统技术的发展至关重要。
[0004] 有关柴油机余热利用的混合工质的公开报道也较多，例如"采用非共沸混合工质 变组分的低溫朗肯循环系统"的专利文件中，采用屯氣丙烷和异下烧混合用于利用地热能， 热源为85°C的地热水。循环热效率为9.41%，但其中的异下烧易燃，安全性能差，不能用于 柴油机余热回收;再例如"一种太阳能有机朗肯循环发电系统"的专利文件中，采用二氯一 氣乙烧和正下烧混合用于利用太阳能，但二氯一氣乙烧会破坏臭氧层，正下烧易燃易爆。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种适用于回收柴油机排气能量，减少碳排放，保护环境 的柴油机余热回收朗肯循环混合工质1，1，1，3,3-五氣丙烷和五氣乙烧。本发明的目的还在 于提供一种利用柴油机余热回收朗肯循环混合工质1，1，1，3,3-五氣丙烷和五氣乙烧的余 热回收方法。
[0006] 本发明的柴油机余热回收朗肯循环混合工质1，1，1，3,3-五氣丙烷和五氣乙烧是 由1，1，1，3，3-五氣丙烷和五氣乙烧物理混合而成的二元混合工质，1，1，1，3，3-五氣丙烷和 五氣乙烧质量百分数为(0.3-0.9) :(0.1-0.7)，两组元物质质量分数之和等于100%。
[0007] 本发明的柴油机余热回收朗肯循环混合工质1，1，1，3,3-五氣丙烷和五氣乙烧的 临界压力范围为3417kPa-3490kPa，临界溫度范围为92 °C -145 °C。
[000引利用本发明的柴油机余热回收朗肯循环混合工质1，1，1，3,3-五氣丙烷和五氣乙 烧的余热回收方法之一为：1，1，1，3，3-五氣丙烷和五氣乙烧二元混合工质经工质累如口压 后，进入回热器即及收来自膨胀机4出口的有机工质的热量，接着进入中冷器-有机工质换热 器9吸收中冷器的热量，最后进入烟气-有机工质换热器3吸收柴油机排气的热量，成为高溫 高压的饱和蒸汽或过热蒸汽进入膨胀机4膨胀做功，膨胀完的有机工质进入回热器則尋一部 分能量传递给工质累8出口的有机工质，之后进入冷凝器7冷凝成饱和液体。
[0009] 利用本发明的柴油机余热回收朗肯循环混合工质1，1，1，3,3-五氣丙烷和五氣乙 烧的余热回收方法之二为：1，1，1，3,3-五氣丙烷和五氣乙烧二元混合工质经工质累8加压 后，进入回热器即及收来自膨胀机出口的有机工质的热量，进入烟气-有机工质换热器3吸收 柴油机排气的热量，成为高溫高压的饱和蒸汽或过热蒸汽进入膨胀机4膨胀做功，膨胀完的 有机工质进入回热器則尋一部分能量传递给工质累8出口的有机工质，之后进入冷凝器7冷 凝成饱和液体。
[0010] 利用本发明的柴油机余热回收朗肯循环混合工质1，1，1，3,3-五氣丙烷和五氣乙 烧的余热回收方法之=为：1，1，1，3,3-五氣丙烷和五氣乙烧二元混合工质经工质累8加压 后，进入回热器即及收来自膨胀机4出口的有机工质的热量，接着进入中冷器-有机工质换热 器9吸收中冷器的热量，最后进入水或导热油-有机工质换热器10吸收柴油机排气的热量， 成为高溫高压的饱和蒸汽或过热蒸汽进入膨胀机4膨胀做功，膨胀完的有机工质进入回热 器則尋一部分能量传递给工质累8出口的有机工质，之后进入冷凝器7冷凝成饱和液体;其中 水或导热油-有机工质换热器的热源水来自烟气-水或导热油换热器3,在烟气-水或导热油 换热器3中的水或导热油由烟气加热。
[0011] 利用本发明的柴油机余热回收朗肯循环混合工质1，1，1，3,3-五氣丙烷和五氣乙 烧的余热回收方法之四为：1，1，1，3,3-五氣丙烷和五氣乙烧二元混合工质经工质累8加压 后，进入回热器即及收来自膨胀机出口的有机工质的热量，进入水或导热油-有机工质换热 器10吸收柴油机排气的热量，成为高溫高压的饱和蒸汽或过热蒸汽进入膨胀机4膨胀做功， 膨胀完的有机工质进入回热器則尋一部分能量传递给工质累8出口的有机工质，之后进入冷 凝器7冷凝成饱和液体;其中水或导热油-有机工质换热器的热源水来自烟气-水或导热油 换热器3,在烟气-水或导热油换热器3中的水或导热油由烟气加热。
[0012] 本发明基于解决能源问题及溫室效应引起的环境问题，充分考虑柴油机排气的特 点，综合提高柴油机余热利用潜力，通过二元混合工质有机朗肯系统，回收柴油机排气能 量，减少碳排放，保护环境。
[0013] 本发明总体方案的指导思想:通过研究发现，临界溫度相差70°C的工质混合后表 现出很高的热效率，在此范围内筛选出冷却水溫度为25 °C时，热源溫度为200°C柴油机排气 溫度条件下，热效率超过20%的工质配比。
[0014] 本发明设及的二元混合工质有机朗肯循环系统包括中冷器-有机工质预热器、烟 气-有机工质换热器、膨胀机、回热器、冷凝器、工质累。二元混合工质有机朗肯循环系统循 环工质选用1，1，1，3，3-五氣丙烷和五氣乙烧物理混合为二元混合工质，1，1，1，3，3-五氣丙 烧和五氣乙烧质量百分数为(0.3-0.9) :(0.1-0.7)。两组元物质质量分数之和等于100%， 两组元物质的基本参数如表1所示。
[0015] 表1二元混合工质中所含组元的基本参数
[0016] Tc:临界溫度，Pc:临界压力，ODP:臭氧损耗潜能值伴经验数值），GWP:全球溫室效 应潜能值(累计时间基准100年）
[00171
[0018] 本发明所采用的两种二元混合工质其临界压力相近，相变时滑移溫度大，符合环 保要求，循环性能优良，本发明在环境溫度25°C柴油机额定工况下的朗肯循环效率大于 20%，循环热效率高，回热循环效率相对于目前其他混合工质及纯工质都要高，产生运种效 果的原因在于采用该配比在回热时，高压回热出口可跨越过高压下的泡点溫度，低压回热 出口可跨越低压下的露点溫度。避免了纯工质朗肯循环的溫度夹点问题，有利于循环效率 的提局。
[0019] 采用上述技术方案具有如下显著优点：
[0020] (1)采用二元混合工质作为有机朗肯循环的工质，能够有效地回收柴油机余热，采 用1，1，1，3,3-五氣丙烷/五氣乙烧的混合方式相对于其他的混合物有更高的热效率，有效 地降低柴油机的排气。其原因在于采用运种配比，回热时，高压回热出口可跨越过高压下的 泡点溫度，低压回热出口可跨越低压下的露点溫度。
[0021] (2)通过中冷器-有机工质预热器可W有效地利用中冷器的热量，提高工质进入烟 气-有机工质换热器的溫度，工质自中冷器-有机工质预热器出来后进入烟气-有机工质换 热器继续升溫，成为饱和蒸汽或过热蒸汽。通过中冷器-有机工质预热器和烟气-有机工质 换热器联合传热，可W增大有机工质的流量，提高输出轴功。
[0022] (3)二元混合工质经由烟气-有机工质换热器后成为高溫高压的蒸汽，进入膨胀机 中膨胀做功，膨胀机出口的有机工质通过回热器将热量传递给工质累出口的有机工质，提 高热效率。
【附图说明】
[0023] 图1-图4为本发明的四种二元混合工质有机朗肯循环装置结构示意图。
[0024] 图5为亚临界溫赌图。
[00巧]图6为跨临界溫赌图。
【具体实施方式】
[0026] W下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
[0027] 结合图1，利用柴油机余热回收朗肯循环混合工质1，1，1，3,3-五氣丙烷和五氣乙 烧的余热回收方法之一设及的系统由1-柴油机、2-排气管、3-烟气-有机工质换热器、4-膨 胀机、5-功率传递设备、6-回热器、7-冷凝器、8-工质累和9-中冷器-有机工质预热器组成。 二元混合工质经工质累8加压后，进入回热器即及收来自膨胀机4出口的有机工质的热量，接 着进入中冷器-有机工质换热器9吸收中冷器的热量，最后进入烟气-有机工质换热器3吸收 柴油机排气的热量，成为高溫高压的饱和蒸汽或过热蒸汽进入膨胀机4膨胀做功，膨胀完的 有机工质进入回热器則尋一部分能量传递给工质累8出口的有机工质，之后进入冷凝器7冷 凝成饱和液体。
[00%]结合图2,利用柴油机余热回收朗肯循环混合工质1，1，1，3,3-五氣丙烷和五氣乙 烧的余热回收方法之二设及的系统由1-柴油机、2-排气管、3-烟气-有机工质换热器、4-膨 胀机、5-功率传递设备、6-回热器、7-冷凝器和8-工质累组成。二元混合工质经工质累如口压 后，进入回热器即及收来自膨胀机出口的有机工质的热量，进入烟气-有机工质换热器3吸收 柴油机排气的热量，成为高溫高压的饱和蒸汽或过热蒸汽进入膨胀机4膨胀做功，膨胀完的 有机工质进入回热器則尋一部分能量传递给工质累8出口的有机工质，之后进入冷凝器7冷 凝成饱和液体