该技术始于20世纪70年代，由美国能源局联合热力发电集团及Mack卡车公司提出，采用水作为工作介质。21世纪以来，有机朗肯循环成为主流技术，该技术采用低沸点有机物作为工作介质，并通过筛选不同工质，适用较宽范围的中低温热源，包括内燃机排气余热、缸套水余热、增压中冷余热及润滑油余热等，可将热能高效转化为机械能或者电能。有机朗肯循环的主要过程及实现部件为：压缩过程（工质泵）、加热过程（蒸发器）、膨胀过程（膨胀机）和冷凝过程（冷凝器）。主要工作原理和流程如图所示：具有一定压力的液态工质在蒸发器中从余热源吸收热量，形成高温高压蒸汽，然后进入膨胀机中膨胀做功，降压降温后的工质乏气进入冷凝器中释放热量，形成低温低压饱和液体，最后进入工质泵中升压形成完整的封闭循环。

有机朗肯底循环原理图

应用于内燃机余热回收的有机朗肯底循环主要有以下几类：①根据不同工质可分为：制冷剂类有机朗肯循环，主要采用R134a、R245fa等制冷剂及其混合物作为工质，适用最高热源温度为250℃；烷烃或硅氧烷类有机朗肯循环，主要采用甲苯、环戊烷、环己烷等作为工质，适用最高热源温度为350℃；CO₂类有机朗肯循环，主要采用CO₂及其混合物作为工质，适用最高热源温度可达500℃。②根据不同结构可分为：单级有机朗肯循环，利用单一循环回路回收排气和缸套水余热；单级回热有机朗肯循环，在单级循环基础上，增加循环内部回热器对工质膨胀后乏气热量进一步回收，提高系统输出功及热效率；双级有机朗肯循环，利用两个循环回路分别回收排气和缸套水余热，两级间再通过蒸发冷凝器进行耦合，可以提高对两部分余热的回收效率；双压式有机朗肯循环，利用工质分流后形成不同压力的蒸发吸热过程，可以对排气和缸套水余热高效回收，两路工质膨胀做功后混合并进入同一个冷凝器放热。