基于单螺杆膨胀机的发动机排气余热回收系统

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1、2012年5月农业机械学报第43卷第5期DOI：10．6041／j．issn．1000·1298．2012．05．005基于单螺杆膨胀机的发动机排气余热回收系统宰张红光刘彬陈研杨凯张健王东芳(北京工业大学环境与能源工程学院，北京100124)【摘要】针对发动机排气余热的特点，设计了有机朗肯循环(ORC)排气余热回收系统，采用单螺杆膨胀机作为动力输出装置，采用R245fa作为工质，提出了发动机排气余热利用率的概念和计算方法。结合发动机的试验数据，分析了ORC工质蒸发压力和发动机转速对ORC系统性能的影响，确定了适用于ORC系统的工质蒸发压力的最佳值。研究结果表明。当工质

2、蒸发压力为3．0MPa时．ORC系统能够在发动机全转速范围内正常工作。并且ORC系统的净输出功率最高可达12．1kW，热力学第一定律效率最高可达11．27％，热力学第二定律效率最高可达25．8％，发动机排气余热利用率最高可达8．9％，发动机排气余热回收效果明显。关键词：发动机余热回收单螺杆膨胀机有机朗肯循环工质蒸发压力中图分类号：TK406文献标识码：A文章编号：1000-1298(2012)05-0027-05EngineWasteHeatRecoveryBasedonSingleScrewExpanderLiuBinChenYanYangKaiZhangJianZ

3、hangHongguangWangDongfang(CollegeofEnvironmentalandEnergyEngineering，BeijingUniversityofTechnology，＆倒增100124，China)AbstractInordertomakebetteruseofwasteheatfromexhaustwasteheatrecoveryenergyenginegas，thebasedonRankinecycle(ORC)wasscrewwasusedasthesystemorganicpresented，asingleexpanderwa

4、susedasworkingfluid，theconceptandcalculatingmethodofwasteheatpoweroutputdevice，R245farecoveryutilizationratewasintroduced．Onthebasisofengineteatresults，theeffectsofworkingfluidandontheOREwereanddiscussed，andevaporatingpressureenginespeedsystemperformanceanalyzedthentheoptimalvalueofwork

5、ingfluidevaporatingpressurewasselected．Accordingtotheresearchresults，whentheworkingfluidevaporatingpressureis3．0MPa，ORCwasteheatrecoverysystemcanworkproperlyoverthewholerangeofenginespeed，themaximumofnetpoweris12．1kW，themaximumoffirstlawefficiencyis11．27％，themaximumofsecondlawefficiency

6、is25．8％，themaximumofwasteheatrecoveryutilizationrateis8．9％．wasteheatenergyfromengineexhaustgascanberecoveredeffectively．KeywordsEngine，Wasteheatrecovery，Singlescrewexpander，OrganicRankinecycle，offluidEvaporatingpressureworking统的方法只适用于恒温余热的回收利用，对于发动引言机排气这种变温热源尚缺乏有效的技术手段进行余发动机燃料燃烧所产生的热量通常

7、只有1／3左热能量回收p1。右被有效利用，大部分热量通过发动机的冷却介质德国宝马(BMW)公司开发了汽油机内置蒸汽散热和排气而损失¨-2j。如果能将排气余热有效利机构“TurboSteamer”¨-s]，在宝马3系轿车使用的用，对提高发动机的热效率具有重要意义。然而，传1．8L四缸汽油机的基础上，利用发动机冷却水和排收稿日期：201I—09—29修回日期：2012—01一08·国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2009AAOSZ206)和国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(201JCB707202)作者简介：张红光．教授，博士