ORC-WHR系统的限制因素

在减少二氧化碳排放的广泛研究中，基于有机朗肯循环（ORC）发电机组的废热回收（WHR）系统受到了科学界的极大关注。然而，一些车载操作和管理降低了其在净燃料消耗减少方面的实际益处。本文主要研究基于ORC机组的WHR系统运行的限制因素，最重要的限制因素是：

（a）重量增加，主要与热交换器（HRVG、冷凝器和再生器）有关；

（b）HRVG产生的发动机背压；

（c）冷凝器/散热器正面区域占用。

本文将机组产生的机械功率作为所需的输入值，讨论了HRVG和冷凝器尺寸为输入的车辆前缘面积函数。所研究的发动机是LVECO F1C涡轮增压柴油发动机，评价参考是轻型发动机。

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

研究结果表明，当发动机工作点固定时（182Nm@3325RPM），排气质量流量为136g/s，进口气体温度为370℃。所选流体R1233zd（E）在车载限制条件下表现更好。此外，过热度对热力学性能影响很小。在三台热交换器中，HRVG是最重的一台（14千克）。所有热交换器的总重量接近20千克。HRVG排气侧的压力损失是定义重量和尺寸的一个非常重要的参数：从80mbar减少到40mbar相应重量从14kg增加到22kg，并且传热面积从1.35平方米增加到2平方米。冷凝器尺寸约为0.17平方米，重量约为3kg，这些值可以减少到0.14平方米和2.5kg。ORC装置的额外重量（约30kg）约占推进功率的0.4%，燃料消耗率的0.6%。试验研究的装置见文中的Fig.1。