ORC-WHR系統(tǒng)的限制因素

在減少二氧化碳排放的廣泛研究中，基于有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）發(fā)電機(jī)組的廢熱回收（WHR）系統(tǒng)受到了科學(xué)界的極大關(guān)注。然而，一些車(chē)載操作和管理降低了其在凈燃料消耗減少方面的實(shí)際益處。本文主要研究基于ORC機(jī)組的WHR系統(tǒng)運(yùn)行的限制因素，最重要的限制因素是：

（a）重量增加，主要與熱交換器（HRVG、冷凝器和再生器）有關(guān)；

（b）HRVG產(chǎn)生的發(fā)動(dòng)機(jī)背壓；

（c）冷凝器/散熱器正面區(qū)域占用。

本文將機(jī)組產(chǎn)生的機(jī)械功率作為所需的輸入值，討論了HRVG和冷凝器尺寸為輸入的車(chē)輛前緣面積函數(shù)。所研究的發(fā)動(dòng)機(jī)是LVECO F1C渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，評(píng)價(jià)參考是輕型發(fā)動(dòng)機(jī)。

Fig. 1. Plant layout of the ORC-based power unit.Dotted lines represent the eventual regeneration line.

研究結(jié)果表明，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)固定時(shí)（182Nm@3325RPM），排氣質(zhì)量流量為136g/s，進(jìn)口氣體溫度為370℃。所選流體R1233zd（E）在車(chē)載限制條件下表現(xiàn)更好。此外，過(guò)熱度對(duì)熱力學(xué)性能影響很小。在三臺(tái)熱交換器中，HRVG是最重的一臺(tái)（14千克）。所有熱交換器的總重量接近20千克。HRVG排氣側(cè)的壓力損失是定義重量和尺寸的一個(gè)非常重要的參數(shù)：從80mbar減少到40mbar相應(yīng)重量從14kg增加到22kg，并且傳熱面積從1.35平方米增加到2平方米。冷凝器尺寸約為0.17平方米，重量約為3kg，這些值可以減少到0.14平方米和2.5kg。ORC裝置的額外重量（約30kg）約占推進(jìn)功率的0.4%，燃料消耗率的0.6%。試驗(yàn)研究的裝置見(jiàn)文中的Fig.1。