一种内燃机余热回收动力循环用环保高效型混合工质制造技术

本发明专利技术公开了一种内燃机余热回收动力循环用环保高效型混合工质，由二氧化碳和制冷剂组成，所述制冷剂是高效环保型制冷剂，所述高效环保型制冷剂是氟乙烷、1,1‑二氟乙烷和二氟甲烷中的任何一种；所述高效环保型制冷剂的质量百分比为10～70，其余为二氧化碳。本发明专利技术中的制冷剂安全性能满足美国ANSI/ASHRAE34‑2010标准中的A2类工质安全要求，同时CO2具有阻燃作用，因而具有很高的安全性能。制冷剂的GWP值低于1000、ODP值为0，CO2的GWP值为1、ODP值为0。整体的混合工质环保性能良好。使用该混合工质的动力系统的操作压力明显下降，系统的冷却条件放宽，满足车用余热回收系统条件，可以同时高效回收发动机烟气和缸套水的余热能，设计工况下热效率高于12％，热力学性能良好。

An environmentally friendly and efficient mixed refrigerant for power cycle of internal combustion engine waste heat recovery

The invention discloses an environmentally friendly and efficient mixed refrigerant for power cycle of waste heat recovery of internal combustion engine, which is composed of carbon dioxide and refrigerant. The refrigerant is a highly efficient and environmentally friendly refrigerant. The highly efficient and environmentally friendly refrigerant is any one of fluoroethane, 1,1_difluoroethane and difluoromethane. The quality percentage of the highly efficient and environmentally friendly refrigerant is 10-70, and the rest is dioxide. Carbon. The refrigerant safety performance of the invention meets the safety requirements of A2 refrigerant in ANSI/ASHRAE34 2010 standard of the United States, and CO2 has flame retardant effect, so it has high safety performance. The GWP value of refrigerant is less than 1000, ODP value is 0, CO2 GWP value is 1, ODP value is 0. The overall mixing refrigerant has good environmental protection performance. The operating pressure of the power system using the mixed refrigerant decreases obviously, the cooling condition of the system is relaxed, and the condition of the vehicle waste heat recovery system is satisfied. The waste heat energy of engine flue gas and cylinder liner water can be recovered efficiently at the same time. The thermal efficiency is higher than 12% under the design condition, and the thermodynamic performance is good.

【技术实现步骤摘要】
一种内燃机余热回收动力循环用环保高效型混合工质
本专利技术属于一种内燃机余热回收动力循环用工质，尤其涉及一种内燃机余热回收动力循环用混合工质。
技术介绍
目前环境问题日益严峻，能源日渐短缺，这些都刺激着节能减排技术的发展。这其中，内燃机的节能减排被认为是其中重要的环节。以有机朗肯动力循环技术为代表的底循环技术被认为是有潜力商业化的内燃机余热回收技术。而一般的有机朗肯动力循环采用传统制冷剂作为工质，其普遍具有较高的全球变暖潜能值(GWP值)和消耗臭氧潜能值(ODP值)，对环境具有明显的不利影响。之前的我们通过研究表明CO2具有很好的热力学性能，可以同时高效回收内燃机高低品位的余热源，系统具有小型化优势，同时CO2属于自然工质，对环境影响很小，应用于高温余热回收领域的潜力巨大。但是CO2工质由于临界温度过低，冷凝条件严苛，很难利用自然冷源冷却。这成为了限制CO2系统车用的关键问题。如果在CO2工质中加入少量的低GWP值、低ODP值的制冷剂工质形成混合物。这样形成的混合物在满足环保要求的同时，临界温度可以有效提高，从而使其满足车用常温冷却要求。除此之外，混合工质还可以降低系统的操作压力，提高系统安全性。
技术实现思路
针对现有技术，本专利技术提供一种内燃机余热回收动力循环用环保高效型混合工质，兼顾了安全环保、高效、并且满足车用冷却条件的适用于内燃机高低品位余热能高效回收的动力循环工质。为了解决上述的技术问题，本专利技术提出一种内燃机余热回收动力循环用环保高效型混合工质，由二氧化碳和制冷剂组成，所述制冷剂是高效环保型制冷剂，所述高效环保型制冷剂是氟乙烷、1,1-二氟乙烷和二氟甲烷中的任何一种；所述高效环保型制冷剂的质量百分比为10～70，其余为二氧化碳。进一步讲，所述高效环保型制冷剂的质量百分比为50～60。所述高效环保型制冷剂的GWP值低于1000、ODP值为0。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术混合工质以CO2作为一种组分，CO2的GWP值为1、ODP值为0，另一种组分(即高效环保型制冷剂)是一种GWP值低于1000、ODP值为0的制冷剂工质，是氟乙烷(R161)，或者1,1-二氟乙烷(R152a)，或者二氟甲烷(R32))，环保性能良好，即ODP(臭氧消耗潜力值)＝0和GWP(温室效应潜力值)<100。本专利技术的混合工质中使用的制冷剂安全性能满足美国ANSI/ASHRAE34-2010标准中的A2类工质安全要求，同时CO2具有阻燃作用，该混合工质具有很高的安全性能。在环境温度条件(温度298K，压力1atm)下，混合工质安全性能优良。使用该混合工质，系统操作压力明显下降，降低了系统的安全风险。对发动机高低品位热源耦合回收能力优良，可以同时高效回收发动机烟气和缸套水的余热能。热力学性能良好，在给定发动机余热回收动力循环最优工况下，热效率高于12％。循环热损失小，本专利技术为二元非共沸混合工质，在与冷热源换热过程中存在温度滑移，有效减小了换热过程中的不可逆损失。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本专利技术进行解释说明，并不用以限制本专利技术。以下实施例中的混合工质中各组分均指质量百分数：实施例A1：将R161/CO2按照10:90的比例进行混合后冲灌系统。实施例A2：将R161/CO2按照55:45的比例进行混合后冲灌系统。实施例A3：将R161/CO2按照70:30的比例进行混合后冲灌系统。实施例B1：将R152a/CO2按照10:90的比例进行混合后冲灌系统。实施例B2：将R152a/CO2按照55:45的比例进行混合后冲灌系统。实施例B3：将R152a/CO2按照70:30的比例进行混合后冲灌系统。实施例C1：将R32/CO2按照10:90的比例进行混合后冲灌系统。实施例C2：将R32/CO2按照55:45的比例进行混合后冲灌系统。实施例C3：将R32/CO2按照70:30的比例进行混合后冲灌系统。表1给出了各实施例中混合工质的临界参数，在CO2中混合适量的所选制冷剂工质所形成的混合工质，混合工质临界温度提升，临界压力下降，对系统外界冷却条件的要求明显降低。表1混合工质临界参数在目标发动机余热条件下，给定余热回收系统设计的具体工况为：发动机露点温度为120℃，膨胀机等熵效率为0.7，工质泵等熵效率为0.8，预热器，气体加热器，回热器和冷凝器中的窄点温差分别为5K，30K，15K和5K。在进行循环优化后得到了部分实施例下的循环主要指标如表2所示。表2本专利技术部分应用实例的性能通过上述实施例及相关计算数据可以得知(本专利技术实施例中的工质的参数和实施结果均通过本领域技术人员普遍使用和知晓的热力学计算得到)，本专利技术利用CO2与制冷剂混合所得到的混合工质，可以高效回收发动机烟气和缸套水，烟气利用率高于75％，缸套水利用率高于85％。在满足环保性要求和安全性要求的情况下，热力学性能优良。并且与纯CO2相比，混合物的临界压力下降，降低了系统的操作压力，提高系统运行的安全性。临界温度升高，放宽了系统的冷却条件，满足车用余热回收系统条件。综上，本专利技术的混合工质是包含CO2和传统制冷剂的朗肯循环混合工质，整体的混合工质环保性能良好。使用该混合工质的动力系统的操作压力明显下降，系统的冷却条件放宽，满足车用余热回收系统条件，可以同时高效回收发动机烟气和缸套水的热源能，设计工况下热效率高于12％，热力学性能良好。尽管上面对本专利技术进行了描述，但是本专利技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本专利技术的启示下，在不脱离本专利技术宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本专利技术的保护之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内燃机余热回收动力循环用环保高效型混合工质，其特征在于，由二氧化碳和制冷剂组成，所述制冷剂是高效环保型制冷剂，所述高效环保型制冷剂是氟乙烷、1,1‑二氟乙烷和二氟甲烷中的任何一种；所述高效环保型制冷剂的质量百分比为10～70，其余为二氧化碳。

【技术特征摘要】
1.一种内燃机余热回收动力循环用环保高效型混合工质，其特征在于，由二氧化碳和制冷剂组成，所述制冷剂是高效环保型制冷剂，所述高效环保型制冷剂是氟乙烷、1,1-二氟乙烷和二氟甲烷中的任何一种；所述高效环保型制冷剂的质量百分比为10～70，其余为二氧化碳。2....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏，舒歌群，田华，喻志刚，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12