ORC-WHR系統的限制因素

在減少二氧化碳排放的廣泛研究中，基于有機朗肯循環（ORC）發電機組的廢熱回收（WHR）系統受到了科學界的極大關注。然而，一些車載操作和管理降低了其在凈燃料消耗減少方面的實際益處。本文主要研究基于ORC機組的WHR系統運行的限制因素，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；

（b）HRVG產生的發動機背壓；

（c）冷凝器/散熱器正面區域占用。

本文將機組產生的機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輛前緣面積函數。所研究的發動機是LVECO F1C渦輪增壓柴油發動機，評價參考是輕型發動機。

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

研究結果表明，當發動機工作點固定時（182Nm@3325RPM），排氣質量流量為136g/s，進口氣體溫度為370℃。所選流體R1233zd（E）在車載限制條件下表現更好。此外，過熱度對熱力學性能影響很小。在三臺熱交換器中，HRVG是最重的一臺（14千克）。所有熱交換器的總重量接近20千克。HRVG排氣側的壓力損失是定義重量和尺寸的一個非常重要的參數：從80mbar減少到40mbar相應重量從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）約占推進功率的0.4%，燃料消耗率的0.6%。試驗研究的裝置見文中的Fig.1。