废热回收系统
阅读：626发布：2022-08-25
专利汇可以提供废热回收系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且废热回收系统包括 朗肯循环 装置，在朗肯循环装置中 工作 流体 循环通过 泵 、 蒸发 器 、膨胀器，然后通 过热 交换装置，在 蒸发器 中在工作流体与在被冷却时被引进 发动机 中的进入流体之间发生热交换。热交换装置包括：使工作流体冷凝的 冷凝器 ；连接在冷凝器的下游并存储液相工作流体的接收器；连接在接收器的下游并使液相工作流体 过冷 的过冷器；以及作为改变冷凝器与过冷器比率的选择装置。废热回收系统还包括用于确定进入流体所需的冷却负载的确定装置，以及用于根据由确定装置确定的所需的冷却负载来控制选择装置的 控制器 。，下面是废热回收系统专利的具体信息内容。
1.一种废热回收系统，用于包括内燃发动机(2、5)的动力单元(1A、1B)，所述废热回收系统包括：
朗肯循环装置(3A、3B)，在所述朗肯循环装置(3A、3B)中，工作流体循环通过泵(P2)、蒸发器(21、22)、膨胀器(23)并且然后通过热交换装置，在所述蒸发器(21，22)中在所述工作流体与在被冷却时引入到所述内燃发动机(2、5)中的进入流体之间发生热交换；
其特征在于
所述热交换装置包括：
冷凝器(25、26、53A至53G、53A至53C、69A)，所述冷凝器(25、26、53A至53G、53A至
53C、69A)用来使工作流体冷凝；
接收器(29、43、45、59、77)，所述接收器(29、43、45、59、77)连接于所述冷凝器(25、26、
53A至53G、53A至53C、69A)的下游并存储液相工作流体；
过冷器(26、27、53H至53J、53D至53J、69A、69B)，所述过冷器(26、27、53H至53J、53D至53J、69A、69B)连接于所述接收器(29、43、45、59、77)的下游并且使所述液相工作流体过冷；以及
选择装置(36至39、V1至V6、55、57、61、79、81)，所述选择装置(36至39、V1至V6、55、
57、61、79、81)用来改变所述冷凝器与所述过冷器的比率，
所述废热回收系统还包括：
确定装置(11A、11B)，所述确定装置(11A、11B)用来确定所述进入流体所需要的冷却负载；以及
控制器(11A、11B)，所述控制器(11A、11B)根据所述确定装置(11A、11B)确定的所需要的冷却负载来控制所述选择装置。
2.根据权利要求1所述的废热回收系统，其中，所述热交换装置包括串联连接的多个热交换器(25、26、27)，所述选择装置允许所述接收器(29)连接于所述热交换器(25、26、
27)中的任意热交换器的下游。
3.根据权利要求2所述的废热回收系统，其中，所述多个热交换器由连接于所述膨胀器(23)的下游的第一热交换器(25)、通过第一连接管(34)连接于所述第一热交换器(25)的下游的第二热交换器(26)、以及通过第二连接管(35)连接于所述第二热交换器(26)的下游的第三交换器(27)来提供，
其中，所述选择装置根据所述确定装置(11A)确定的所需的冷却负载将所述接收器(29)选择性地连接至所述第一连接管(34)或连接至所述第二连接管(35)。
4.根据权利要求3所述的废热回收系统，其中，所述接收器为单个的，所述选择装置包括：
在所述接收器(29)的上游连接于所述第一连接管(34)的第一分支管(36)；
在所述接收器(29)的上游连接于所述第二连接管(35)的第二分支管(37)；
在所述接收器(29)的下游、于所述第一分支管(36)的下游的位置处连接于所述第一连接管(34)的第一回流管(38)；
在所述接收器(29)的下游、于所述第二分支管(37)的下游的位置处连接于所述第二连接管(35)的第二回流管(39)；
第一选择阀，所述第一选择阀允许所述工作流体选择性地流入到所述第二热交换器(26)中或者流入到所述第一分支管(36)中；
第二选择阀，所述第二选择阀允许所述工作流体选择性地流入到所述第三热交换器(27)中或者流入到所述第二分支管(37)中；以及
第三选择阀，所述第三选择阀允许所述工作流体选择性地流入到所述第一回流管(38)中或者流入到所述第二回流管(39)中，
其中，所述控制器(11A)对所述第一选择阀、所述第二选择阀和所述第三选择阀进行控制。
5.根据权利要求4所述的废热回收系统，其中，所述第一选择阀由第一分支阀(V1)和第一连接阀(V2)提供，所述第二选择阀由第二分支阀(V3)和第二连接阀(V4)提供，所述第三选择阀由第一回流阀(V5)和第二回流阀(V6)提供，所述第一分支阀(V1)选择性地允许或阻止工作流体流动通过所述第一分支管(36)，所述第二分支阀(V3)选择性地允许或阻止工作流体流动通过所述第二分支管(37)，所述第一连接阀(V2)选择性地允许或阻止工作流体流动通过所述第一连接管(34)，所述第二连接阀(V4)选择性地允许或阻止工作流体流动通过所述第二连接管(35)，所述第一回流阀(V5)选择性地允许或阻止工作流体流动通过所述第一回流管(38)，所述第二回流阀(V6)选择性地允许或阻止工作流体流动通过所述第二回流管(39)。
6.根据权利要求3所述的废热回收系统，其中，所述接收器由第一接收器(43)和第二接收器(45)提供，所述选择装置包括：
在所述第一接收器(43)的上游连接于所述第一连接管(34)的第一分支管(36)；
在所述第二接收器(45)的上游连接于所述第二连接管(35)的第二分支管(37)；
在所述第一接收器(43)的下游、于所述第一分支管(36)的下游的位置处连接于所述第一连接管(34)的第一回流管(38)；
在所述第二接收器(45)的下游、于所述第二分支管(37)的下游的位置处连接于所述第二连接管(35)的第二回流管(39)；
第一选择阀，所述第一选择阀允许所述工作流体选择性地流入到所述第二热交换器(26)中或者流入到所述第一分支管(36)中；以及
第二选择阀，所述第二选择阀允许所述工作流体选择性地流入到所述第三热交换器(27)或者流入到所述第二分支管(37)中，
其中，所述控制器(11A)对所述第一选择阀和所述第二选择阀进行控制。
7.根据权利要求6所述的废热回收系统，其中，所述第一选择阀由第一分支阀(V1)和第一连接阀(V2)提供，所述第二选择阀由第二分支阀(V3)和第二连接阀(V4)提供，所述第一分支阀(V1)选择性地允许或阻止工作流体流动通过所述第一分支管(36)，所述第二分支阀(V3)选择性地允许或阻止工作流体流动通过所述第二分支管(37)，所述第一连接阀(V2)选择性地允许或阻止工作流体流动通过所述第一连接管(34)，所述第二连接阀(V4)选择性地允许或阻止工作流体流动通过所述第二连接管(35)。
8.根据权利要求1所述的废热回收系统，其中，所述热交换装置包括过冷式冷凝器(47)，所述过冷式冷凝器(47)包括：
第一头部(49)，所述第一头部(49)具有第一头部腔室(49A)；
第二头部(51)，所述第二头部(51)具有第二头部腔室(51A)；
管(53A至53J)，所述管(53A至53J)在所述第一头部(49)与所述第二头部(51)之间连接，使得所述第一头部腔室(49A)与所述第二头部腔室(51A)连通；
第一活塞(55)，所述第一活塞(55)能够在所述第一头部腔室(49A)中移动，并且所述第一活塞(55)将所述第一头部腔室(49A)分成第一主腔室(49C)和第一副腔室(49D)；
第二活塞(57)，所述第二活塞(57)能够在所述第二头部腔室(51A)中移动，并且所述第二活塞(55)将所述第二头部腔室(51A)分成第二主腔室(51C)和第二副腔室(51D)；
驱动器(61)，所述驱动器(61)用来驱动所述第一活塞(55)和所述第二活塞(57)；以及
接收器(59)，所述接收器(59)与所述第一主腔室(49C)和所述第一副腔室(49D)连通，或者与所述第二主腔室(51C)和第二副腔室(51D)连通，
其中，所述第一活塞(55)、所述第二活塞(57)以及所述驱动器(61)用作所述选择装置。
9.根据权利要求1所述的废热回收系统，其中，所述热交换装置包括过冷式冷凝器(69)，所述过冷式冷凝器(69)包括：
第一头部(71)，所述第一头部(71)具有第一头部腔室(71A)；
第二头部(73)，所述第二头部(73)具有第二头部腔室(73A)；
管(75A至75L)，所述管(75A至75L)在所述第一头部(71)与所述第二头部(73)之间连接，使得所述第一头部腔室(71A)与所述第二头部腔室(73A)连通；
接收器(77)，所述接收器(77)与所述第二头部腔室(73A)连通并且具有贮存室(77F)；以及
容积改变装置(79，81)，所述容积改变装置(79，81)用来改变所述贮存室(77F)的容积，
其中，所述容积改变装置(79，81)用作选择装置。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的废热回收系统，还包括传感器(11A)，所述传感器(11A)用于对所述内燃发动机(5)的所需的输出进行监测，其中，所述确定装置(11A)基于由所述传感器(11A)监测到的所需的输出来确定所述进入流体所需的冷却负载。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的废热回收系统，还包括传感器(83A)，所述传感器(83A)用于对排出所述蒸发器(22)的进入流体的温度进行监测，其中，所述确定装置(11B)基于由所述传感器(83A)监测到的温度来确定进入流体所需的冷却负载。
12.根据权利要求1至9中任一项所述的废热回收系统，还包括传感器(83B)，所述传感器(83B)用于对进入所述蒸发器(22)的工作流体的温度进行监测，其中，所述确定装置(11B)基于由所述传感器(83B)监测到的温度来确定进入流体所需的冷却负载。
13.根据权利要求1至9中任一项所述的废热回收系统，还包括传感器(83D)，所述传感器(83D)用于对进入所述蒸发器(22)的进入流体的温度进行监测，其中，所述确定装置(11B)基于由所述传感器(83D)监测到的温度来确定进入流体所需的冷却负载。
14.根据权利要求1至9中任一项所述的废热回收系统，还包括传感器(83C)，所述传感器(83C)用于对进入所述泵(P2)的工作流体的温度进行监测，其中，所述确定装置(11B)基于由所述传感器(83C)监测到的温度来确定进入流体所需的冷却负载。
15.根据权利要求1至9中任一项所述的废热回收系统，还包括传感器(83E)，所述传感器(83E)用于对在所述膨胀器(23)的下游并在所述第二泵(P2)的上游存在的工作流体的压力进行监测，其中，所述确定装置(11B)基于由所述传感器(83E)监测到的压力来确定进入流体所需的冷却负载。
16.根据权利要求1至9中任一项所述的废热回收系统，还包括传感器(48)，所述传感器(48)用于基于进入所述泵(P2)的工作流体的压力和温度对所述工作流体的状态进行监测，其中，所述控制器(11A)基于与由所述传感器(48)监测到的所述工作流体的状态相对应的值对所述选择装置(55、57、61)进行控制以防止所述工作流体在所述泵(P2)中的空化。
17.根据权利要求16所述的废热回收系统，其中，所述控制器(11A)基于与所述所需的冷却负载相对应的值和与所述工作流体的状态相对应的值之间的较大值来控制所述选择装置(55、57、61)。
18.根据权利要求1所述的废热回收系统，其中，所述动力单元(1A)具有压力感应压缩机(7)，所述压力感应压缩机(7)将压缩空气供给至所述内燃发动机(5)，并且在所述蒸发器(21)中在所述压缩空气与所述工作流体之间发生热交换。
19.根据权利要求1所述的废热回收系统，其中，所述动力单元(1B)具有废气再循环通道(6A，6B)，排出所述内燃发动机(2)的部分废气通过所述废气再循环通道(6A，6B)被再循环进入到所述内燃发动机(2)中作为再循环废气，并且在所述蒸发器(22)中在所述再循环废气与所述工作流体之间发生热交换。
废热回收系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种废热回收系统。
背景技术
[0002] 日本未经审查的专利申请公告No.2008-8224公开了一种废热回收系统，该系统用于动力单元并且具有工作流体在其中循环的朗肯循环装置。该动力单元具有内燃发动机和涡轮增压器。涡轮增压器将压缩空气供给至发动机。朗肯循环装置具有泵、压缩空气蒸发器、冷却蒸发器、膨胀器、冷凝器及管。工作流体循环通过由管道连接的泵、压缩空气蒸发器、冷却蒸发器、膨胀器及冷凝器。
[0003] 日本未经审查的专利申请公告No.2007-239513公开了另一种废热回收系统，该系统用于动力单元并且具有工作流体在其中循环的朗肯循环装置。该动力单元具有内燃发动机和废气再循环通道，排出发动机的部分废气通过废气再循环通道被再循环进入到发动机中作为再循环废气。朗肯循环装置具有泵、废气蒸发器、膨胀器、冷凝器及管。在废气蒸发器中，工作流体通过与再循环废气进行热交换而被加热。工作流体循环通过由管道连接的泵、废气蒸发器、膨胀器及冷凝器。
[0005] 另外，压缩空气蒸发器用作压缩空气的中间制冷器并且废气蒸发器用作再循环废气的冷却装置的废热回收系统不需要额外的中冷器和冷却装置，从而导致废热回收系统的尺寸减小及结构简化。
[0006] 上述压缩空气和再循环废气——即，进入流体——应当优选地在被冷却时被引入到内燃发动机中。这是因为压缩空气的冷却导致内燃发动机的输出增加，并且也因为再循环废气的冷却导致排放到大气中的废气中氮氧化物的减少。
[0007] 然而，在上述废热回收系统中，难以充分冷却进入流体，比如压缩空气或再循环废气，因为冷凝器直接连接到泵，因此进入压缩空气蒸发器的工作流体的温度或者进入废气蒸发器的工作流体的温度与冷凝温度接近。
[0008] 为了解决上述问题，可以在冷凝器与泵之间设置接收器和过冷器。这样，在冷凝器的下游流动的工作流体肯定被接收器液化，并且已液化的工作流体被过冷器冷却。因而，进入压缩气体蒸发器和废气蒸发器的工作流体的温度肯定能够降低，从而允许压缩空气和再循环气体的适当冷却。
[0009] 然而，在这种情况下，不管发动机的输出，仅有给定量的热量从冷凝器和过冷器中释放，因而工作流体会被过度冷却并且朗肯循环装置中能量回收会减少。当压缩空气或再循环废气需要被进一步冷却以增加发动机输出时，换句话说，当压缩空气或再循环废气所需要的冷却负载高时，压缩空气和再循环废气不能够被冷却到要求的温度水平，这会导致发动机的性能降低。
[0010] 本发明旨在提供这样的一种废热回收系统：即，该系统能够选择性地优先考虑提高朗肯循环装置中的能量回收或提高发动机的性能。
发明内容
[0011] 根据本发明的方面，废热回收系统用于包括内燃发动机的动力单元。该废热回收系统包括朗肯循环装置，在朗肯循环装置中，工作流体循环通过泵、蒸发器、膨胀器、然后通过热交换装置，在蒸发器中在工作流体与在被冷却时被引入到内燃发动机中的进入流体之间发生热交换。热交换装置包括：使工作流体冷凝的冷凝器；连接至冷凝器的下游并且存储液相工作流体的接收器；连接至接收器的下游并且使液相工作流体过冷的过冷器；以及用来改变冷凝器与过冷器的比率的选择装置。废热回收系统还包括用于确定进入流体所需要的冷却负载的确定装置，以及用于根据由确定装置确定的所需要的冷却负载对选择装置进行控制的控制器。
附图说明
[0013] 图1为根据本发明的第一实施方式的废热回收系统的示意图；
[0015] 图3与图2相似，但图3示出当工作流体从第一热交换器的下游位置进入接收器时，图1的废热回收系统的操作；
[0016] 图4为根据本发明的废热回收系统的第二实施方式的示意图；
[0017] 图5为示意图，其示出当工作流体进入第二接收器时，图4的废热回收系统的操作；
[0018] 图6与图5相似，但图6示出当工作流体进入第一接收器时，废热回收系统的操作；
[0019] 图7为根据本发明的废热回收系统的第三实施方式的示意图；
[0020] 图8为示意图，其示出当动力单元的所需的输出低时，图7的废热回收系统的过冷式冷凝器的操作；
[0021] 图9与图8相似，但图9示出当动力单元的所需的输出高时，废热回收系统的过冷式冷凝器的操作；
[0022] 图10为根据本发明的废热回收系统的第四实施方式的示意图；
[0023] 图11为截面图，其示出当动力单元的所需的输出低时，图10的废热回收系统的过冷式冷凝器的操作；
[0024] 图12与图11相似，但图12示出当动力单元的所需的输出高时，废热回收系统的过冷式冷凝器的操作；以及
[0025] 图13为根据本发明的废热回收系统的第五实施方式的示意图。
具体实施方式
[0026] 下面将参照附图描述根据本发明的废热回收系统的实施方式。
[0027] 参照图1，第一实施方式的废热回收系统被安装在车辆中并且用于车辆的动力单元1A。废热回收系统包括朗肯循环装置3A和控制器11A。控制器11A对应于本发明的确定装置。
[0028] 动力单元1A具有内燃发动机5、作为压力感应压缩机的涡轮增压器7以及散热器9。发动机5为具有水套(图中未示出)的常规的水冷式汽油发动机，其中，冷却剂流动通过该水套。发动机5具有入口5B和出口5A，冷却剂经由入口5B和出口5A流进和流出水套。发动机5还具有用于排放废气的出口5C和用于引入压缩气体的入口5D。
[0029] 涡轮增压器7和散热器9为广泛使用的类型。涡轮增压器7被排出发动机5的废气驱动以压缩吸入空气。压缩空气作为进入流体被提供至发动机5。散热器9具有入口9A和出口9B，发动机冷却剂经由入口9A和出口9B流进和流出散热器9。在散热器9中，热交换在散热器9中流动的冷却剂与车辆外部的空气或室外空气之间发生。在散热器9附近设置有电动风扇9C，电动风扇9C电连接至控制器11A。
[0030] 发动机5和涡轮增压器7被管13至15连接。压缩空气所流动通过的管14和管15连接至将在下面详细描述的朗肯循环装置3A的蒸发器21。蒸发器21具有第一入口21A和第一出口21B。废气所流动通过的管13连接至发动机5的出口5C和涡轮增压器7。管
14连接至涡轮增压器7和蒸发器21的第一入口21A。管15被连接至蒸发器21的第一出口21B和发动机5的入口5D。
14连接至涡轮增压器7和蒸发器21的第一入口21A。管15被连接至蒸发器21的第一出口21B和发动机5的入口5D。
[0031] 涡轮增压器7还连接到管16和管17。尽管在附图中没有示出，但管16连接至车辆的消声器且管17连接至进气口。管16通过涡轮增压器7连接到管13。管17通过涡轮增压器7连接到管14。
[0032] 发动机5和散热器9由冷却剂所流动通过的管18和管19连接。管18连接至发动机5的出口5A和散热器9的入口9A。管19连接至散热器9的出口9B和发动机5的入口5B。在管19中设置有电动操作的第一泵P1，第一泵P1电连接至控制器11A。第一泵P1可以设置在管18中。
[0033] 朗肯循环装置3A包括蒸发器21、电动操作的第二泵P2、膨胀器23、第一热交换器25、第二热交换器26、第三热交换器27、接收器29、管30至41以及阀V1至V6。管30至41相配合以形成流体回路，作为工作流体的HFC134a制冷剂流动通过该流体回路。
[0034] 第二泵P2电连接至控制器11A并且对应于本发明的泵。管36至39以及阀V1至V6对应于本发明的选择装置。管34、35分别对应于本发明的第一连接管和第二连接管。管36、37分别对应于本发明的第一分支管和第二分支管。管38、39分别对应于本发明的第一回流管和第二回流管。阀V1、V2分别对应于本发明的第一分支阀和第一连接阀。阀V3和阀V4分别对应于本发明的第二分支阀和第二连接阀。阀V5和阀V6分别对应于本发明的第一回流阀和第二连接阀。
[0035] 蒸发器21具有第二入口21C和第二出口21D，以及第一入口21A和第一出口21B。蒸发器21中形成有在第一入口21A与第一出口21B之间连接的第一通道21E和在第二入口21C与第二出口21D之间连接的第二通道21F。在蒸发器21中，热交换在第一通道21E中流动的压缩空气与第二通道21F中流动的工作流体之间发生，使得压缩空气被冷却且工作流体被加热。
[0036] 膨胀器23具有入口23A和出口23B，工作流体经由入口23A和出口23B流入和流出膨胀器23。由蒸发器21加热的工作流体在膨胀器23中膨胀以产生机械转动动力。所产生的机械转动动力用来在连接至膨胀器23的发电机(未示出)中产生电力。所产生的电力存储在电池(未示出)中。
[0037] 第一热交换器25具有入口25A和出口25B，工作流体经由入口25A和出口25B流进和流出第一热交换器25。在第一热交换器25中，在膨胀器23中膨胀和蒸发的工作流体通过与室外空气进行热交换而被冷却和液化。第一热交换器25用作工作流体的冷凝器。在第一热交换器25附近设置有电动操作的风扇25C，风扇25C电连接至控制器11A。
[0038] 第二热交换器26和第三热交换器27在结构上与第一热交换器25相似。第二热交换器26具有入口26A和出口26B，工作流体经由入口26A和出口26B流入和流出第二热交换器26。第三热交换器27具有入口27A和出口27B，工作流体经由入口27A和出口27B流入和流出第三热交换器27。在第二热交换器26和第三热交换器27附近分别设置有电动操作的风扇26C、27C，风扇26C、27C电连接至控制器11A。
[0039] 在朗肯循环装置3A中，根据第二热交换器26的相对于接收器29的位置，第二热交换器26用作冷凝器以及也用作过冷器。第三热交换器27用作过冷器。
[0040] 接收器29具有入口29A和出口29B，工作流体经由入口29A和出口29B流入和流出接收器29。接收器29中形成有储存室29C。经由入口29A流入接收器29中的工作流体被分离成气相流体和液相流体。液相工作流体临时存储在储存室29C中，然后经由出口29B流出接收器29。
[0041] 第二泵P2、蒸发器21、膨胀器23以及第一热交换器25、第二热交换器26、第三热交换器27被管30至41连接。具体来说，管30在第三热交换器27的出口27B与第二泵P2之间连接。管31在第二泵P2与蒸发器21的第二入口21C之间连接。管32在蒸发器21的第二出口21D与膨胀器23的入口23A之间连接。管33在膨胀器23的出口23B与第一热交换器25的入口25A之间连接。管34在第一热交换器25的出口25B与第二热交换器26的入口26A之间连接。管35在第二热交换器26的出口26B与第三热交换器27的入口
27A之间连接。
27A之间连接。
[0042] 管36、38的一端连接至管34，并且管37、39的一端连接至管35。管36、37的另一端连接至管40的一端。管40的另一端连接至接收器29的入口29A。管38、39的另一端连接至管41的一端。管41的另一端连接至接收器29的出口29B。
[0043] 在朗肯循环装置3A中，第二泵操作为使通过管30至41的工作流体循环。从第二泵P2排放出的工作流体流动通过蒸发器21和膨胀器23并且进入第一热交换器25。工作流体最终流动通过第三热交换器27并再次进入第二泵P2。
[0044] 如在朗肯循环装置3A中的工作流体的流动方向上看到的那样，蒸发器21位于第二泵P2的下游并且膨胀器23位于蒸发器21的下游。第一热交换器25串联地位于膨胀器23的下游，并且第二热交换器26串联地位于第一热交换器25的下游。第三热交换器27串联地位于第二热交换器26的下游，并且第二泵P2位于第三热交换器27的下游。
[0045] 阀V1至V6中的每一个能够操作为选择性地允许或阻止工作流体经其流动。阀V1至V6电连接至控制器11a。
[0046] 阀V1设置在管36中。阀V2在位于管36的下游并且位于管38的上游的位置处设置在管34中。阀V3设置在管37中。阀V4在位于管37的下游并且位于管39的上游的位置处设置在管35中。阀V5设置在管38中，阀V6设置在管39中。
[0047] 控制器11A对风扇9C、25C、26C、27C的操作进行控制以便适当调节从冷却剂和工作流体中释放进入到室外空气中的热的量。控制器11A还对第一泵P1和第二泵P2的操作进行控制。控制器11A使用例如来自车辆的电控单元或ECU(未示出)的信号对车辆的加速踏板位置进行监测。基于所监测到的加速踏板位置，控制器11A确定发动机5所需要的输出。基于发动机5所需要的输出，控制器11A然后确定压缩空气所需要的冷却负载。基于确定的所需要的冷却负载，控制器11A对相应的阀V1至V6进行调节。根据阀V1至V6的操作，接收器29的入口29A选择性地连接至管34或管35。控制器11A还用作对发动机5的所需要的输出进行监测的传感器。
[0048] 下面将描述本发明的废热回收系统的操作。
[0049] 参照图2，当动力单元1A的发动机5操作为对车辆进行驱动时，排出发动机5的出口5C的废气通过管13、涡轮增压器7和管16传送并且从消声器(未示出)排出进入到室外空气中。涡轮增压器7被废气驱动，从而室外空气经由管17被吸入到涡轮增压器7中，然后在涡轮增压器7中被压缩。压缩空气通过管14、蒸发器21的第一通道21E及管15传送，并且然后经由入口5D被引入到发动机5中。
[0050] 控制器11A对第一泵P1、第二泵P2以及风扇9C、25C、26C、27C进行操作。在动力单元1A中，在使发动机5冷却之后经由出口5A排出发动机5的冷却剂流动通过管18且经由入口9A进入散热器9。在散热器9中流动的冷却剂通过与周围空气进行热交换而被冷却。控制器11A对风扇9C的操作进行控制使得冷却剂被适当冷却。经由出口9B排出散热器9的被冷却的冷却剂流动通过管19并经由入口5B进入发动机5以便用于使发动机5冷却。
[0051] 在朗肯循环装置3A中，控制器11A对阀V1至V6进行控制。如果发动机5的所需要的输出，即，监测到的加速踏板位置低于预定值，则控制器11A确定出压缩空气所需要的冷却负荷低于预定阈值。在这种情况下，控制器11A使阀V2、V3、V6打开，并且使阀V1、V4、V5关闭。这样，当管36、管38与管34断开时，管37、39连接至管35，从而接收器29的入口29A连接至管35。
[0052] 从第二泵P2排放出的工作流体在管31中流动，然后经由第二入口21C进入到蒸发器21的第二通道21F中，在蒸发器21的第二通道21F中热交换在工作流体与流动通过蒸发器21的第一通道21E的压缩空气之间发生。因为压缩空气在排出涡轮增压器7之后具有约150℃的温度，所以流动通过第二通道21F的工作流体被加热到一定范围的程度。在第一通道21E中流动的压缩空气通过将热量释放至在第二通道21F中流动的工作流体而被冷却，并且然后被传送到发动机5。
[0053] 由蒸发器21加热之后，排出第二出口21D的高温、高压的工作流体流动通过管32并且经由膨胀器的入口23A进入膨胀器23。工作流体在膨胀器23中减压或膨胀由此产生压力能，该压力能用于在连接至膨胀器23的发电机中产生电力。
[0054] 由膨胀器23减压之后，排出出口23B且流动通过管33的工作流体然后经由第一热交换器的入口25A进入第一热交换器25。工作流体通过将热量释放至周围空气而在第一交换器25中被冷却。控制器11A对风扇25C进行控制使得工作流体被适当冷却。然后，排出出口25B并且流动通过管34的被冷却的工作流体经由第二热交换器的入口26A进入第二热交换器26。
[0055] 工作流体通过与周围空气进行热交换而在第二热交换器26中被进一步冷却。在这种情况下，控制器11A对风扇26C的操作进行控制使得工作流体被适当冷却。经由出口26B排出第二热交换器26的被冷却的工作流体从管35流动到管37中。然后，工作流体在管40中流动并经由入口29A进入接收器29。在接收器29中，工作流体被分离成气相流体和液相流体，并且液相工作流体存储在储存室29C中。经由出口29B排出接收器29的液相工作流体流动通过管41、管39而进入到管35中，然后经由入口27A进入第三热交换器27。
即，排出第二热交换器26的出口26B的工作流体进入第三热交换器27，而绕过设置在管35中的阀V4。
即，排出第二热交换器26的出口26B的工作流体进入第三热交换器27，而绕过设置在管35中的阀V4。
[0056] 工作流体通过与周围空气交换热量而在第三热交换器27中被进一步冷却。在这种情况下，控制器11A对风扇27C的操作进行控制使得工作流体被适当冷却。第三热交换器27使在接收器29中液化的工作流体冷却。在这种情况下，第一热交换器25和第二热交换器26用作冷凝器，第三热交换器用作过冷器。排出第三热交换器27的出口27B的被冷却的工作流体流动通过管31并再次进入蒸发器21。
[0057] 如果发动机5的所需要的输出，即，监测到的加速踏板位置超过预定值，则压缩空气所需要的冷却负载高。这是因为有必要通过使蒸发器21中的压缩空气进一步冷却来增加压缩空气的密度，以便向发动机5提供大量的压缩空气并因而增加发动机5的输出。如果控制器11A基于发动机5的所需要的输出确定出压缩空气所需要的冷却负载超过阈值，则控制器11A对阀V1到V6进行控制使得阀V1、V4、V5打开，而阀V2、V3、V6关闭。这样，管36、38连接至管34，而管37、39与管35断开，从而接收器29的入口29A连接至管34。
[0058] 排出第一热交换器25的出口25B的被冷却的工作流体从管34流动到管36中。然后，工作流体在管40中流动并且经由接收器29的入口29A进入接收器29。排出接收器29的出口29B的液相工作流体流动通过管41、38进入到管34中，并且然后进入第二热交换器26的入口26A。即，排出第一热交换器25的出口25B的工作流体进入第二热交换器26，同时绕过设置在管34中的阀V2。
[0059] 工作流体通过与周围空气进行热交换而在第二热交换器26中被进一步冷却。第二热交换器26使在接收器29中液化的工作流体冷却。排出第二热交换器26的出口26B的被冷却的工作流体流动通过管35并且经由第三热交换器27的入口27A进入第三热交换器27，在第三热交换器中工作流体被进一步冷却。
[0060] 在这种情况下，第一热交换器25用作冷凝器，第二热交换器26和第三热交换器27用作过冷器。与图2的情形相比，工作流体被进一步冷却到接近室外温度的温度。
[0061] 在废热回收系统的上述朗肯循环装置3A中，工作流体通过与压缩空气进行热交换而在蒸发器21中被加热，而排出涡轮增压器7的压缩空气通过将其热量释放至工作流体而被有效冷却。在废热回收系统中，蒸发器21用作压缩空气的中冷器，从而允许更大量的压缩空气被供给到发动机5。
[0062] 废热回收系统的朗肯循环装置3A具有：第一热交换器25、第二热交换器26、第三热交换器27、接收器29、管36至39、以及阀V1至V6。第一热交换器25、第二热交换器26、第三热交换器27位于膨胀器23的下游和第二泵P2的上游。第一热交换器25、第二热交换器26、第三热交换器27由管30和管33至35串联连接。控制器11A根据压缩空气所需要的冷却负载对阀V1至V6进行控制并且控制器11A能够操作为将接收器29选择性地连接到在第一热交换器25的下游的管34或者连接到在第二热交换器26的下游的管35。当第二热交换器26如图2示出的那样位于接收器29的上游时，第一热交换器25和第二热交换器26用作冷凝器，第三热交换器27用作过冷器。另一方面，当第二热交换器26如图3示出的那样位于接收器29的下游时，第一热交换器25用作冷凝器，第二和第三热交换器26、27用作过冷器。
[0063] 如果发动机5的所需要的输出低，则不需要非常降低压缩气体的温度以根据发动机5的所需要的输出为发动机5供给压缩空气。换句话说，在朗肯循环装置3A中，不需要非常降低进入蒸发器21的工作流体的温度。因而，如果控制器11A确定出压缩空气所需要的冷却负载低于阈值，则控制器11A以图2的情况的方式对阀V1至V6进行控制，使得第一热交换器25和第二热交换器26用作冷凝器。这样，与图3的情况相比，用作冷凝器的热交换器的数量增加，而用作过冷器的热交换器的数量减小。即，仅通过第三热交换器27来完成过冷操作，因此在废热回收系统的如图2所示的状态下，冷凝器的比率大于过冷器的比率。这防止工作流体的过度冷却并且允许朗肯循环装置中的电力回收的增加。
[0064] 如果控制器11A确定出发动机5所需要的输出高，并且因此压缩空气所需要的冷却负载超过阈值，则控制器11A以图3的情况的方式对阀V1至V6进行控制。这样，存在于冷凝器或第一热交换器25下游的工作流体被接收器29液化，然后被过冷器或第二热交换器26、第三热交换器27过冷。在这种情况下，过冷器的比率大于冷凝器的比率，并且在第二热交换器26和第三热交换器27中，液化的工作流体能够被冷却到接近室外空气温度的温度。因而，进入蒸发器21的工作流体的温度能被充分降低并且压缩空气能够被适当冷却，因而即使当压缩空气所需要的冷却负载高时，也能满足所需要的冷却负载。此外，能够增加发动机5的输出并且能够满足发动机5所要求的输出。在这种情况下，因为仅有第一热交换器25用作冷凝器，所以在朗肯循环装置3A中回收的电力的量减小。
[0065] 该实施方式的废热回收系统使控制器11A能够基于发动机5的所需要的输出适当确定压缩空气所需要的冷却负载。
[0066] 因而，第一实施方式的废热回收系统能够选择性地优先考虑增加朗肯循环装置3A中的电力回收或增加发动机5的输出。
[0067] 另外，管36至39以及阀V1至V6用作选择装置导致废热回收系统的简化的结构以及减少的制造成本。
[0068] 图4、5和6示出了根据本发明的废热回收系统的第二实施方式。如图4所示，第二实施方式的朗肯循环装置3A包括第二泵P2、蒸发器21、膨胀器23、第一热交换器25、第二热交换器26、第三热交换器27，第一接收器43、第二接收器45、管30至39、以及阀V1至V4。管36至39和阀V1至V4对应于本发明的选择装置。
[0069] 第一接收器43和第二接收器45与第一实施方式的接收器29在结构上相似。第一接收器43具有入口43A和出口43B，工作流体经由入口43A和出口43B流入和流出第一接收器43。第二接收器45具有入口45A和出口45B，工作流体经由入口45A和出口45B流入和流出第二接收器45。第一接收器43和第二接收器45中分别形成有储存室43C、45C。
[0070] 管36、管38的一端连接至管34，管37、管39的一端连接至管35。管36的另一端连接至第一接收器43的入口43A。管37的另一端连接至第二接收器45的入口45A。管38的另一端连接至第一接收器43的出口43B。管39的另一端连接至第二接收器45的出口45B。
[0071] 阀V1设置在管36中。管34在位于管36的下游并且位于管38的上游的位置处设置在管34中。阀V3设置在管37中。阀V4在位于管37的下游位置并且位于管39的上游的位置处设置在管35中。废热回收系统的其他元件或部件与第一实施方式的废热回收系统的与其相对应的元件或部件相似。相同的附图标记用于第一实施方式和第二实施方式中共有的元件或部件，并且对于第二实施方式将省略这样的元件或部件的描述。
[0072] 在第二实施方式的废热回收系统中，如果控制器11A确定出发动机5所需要的输出低并且压缩空气所需要的冷却负载低于预定阈值，则如图5所示，控制器11A使阀V2、V3打开，并且使阀V1、V4关闭。工作流体在第一热交换器25和第二热交换器26中被冷却后从管35流入到管37中，然后经由入口45A进入第二接收器45。经由出口45B排出第二接收器45的液相工作流体流动通过管39进入到管35中，然后经由入口27A进入第三热交换器27。即，排出第二热交换器26的出口26B的工作流体进入第三热交换器27而绕过设置在管35中的阀V4。在这种情况下，第一热交换器25和第二热交换器26用作冷凝器，第三热交换器27用作过冷器。因而，与图6的将在下面描述的情况相比，冷凝器的比率大于过冷器的比率。这防止工作流体的过度冷却并且允许朗肯循环装置3A中电力回收的增加。
[0073] 如果控制器11A确定出发动机5的所需要的输出高并且压缩空气所需要的冷却负载超过阈值，则如图6所示，控制器11A使阀V1、V4打开并且使阀V2、V3关闭。这样，管36连接至管34，而管37与管35断开，从而第一接收器43的入口43A连接至管34。
[0074] 工作流体在第一热交换器25中被冷却后从管34流入到管36中，然后经由第一接收器43的入口43A进入第一接收器43。排出第一接收器43的出口43B的液相工作流体流动通过管38进入到管34中，然后进入第二热交换器26的入口26A。即，排出第一热交换器25的出口25B的工作流体进入第二热交换器而绕过设置在管34中的阀V2。工作流体在第二热交换器26中被冷却后在第三热交换器27中被进一步冷却。
[0075] 在图6的情况中，与图3的情况一样，第一热交换器25用作冷凝器，第二热交换器26和第三热交换器27用作过冷器。与图5的情况相比，过冷器的比率大于冷凝器的比率，并且工作流体冷却到接近室外温度的温度。因而，压缩空气能够在蒸发器21中充分冷却，由此允许大量压缩空气被供给至发动机5，导致发动机5的输出增加。即使当发动机5所需要的输出高并且压缩空气所需要的冷却负载高，也能满足所需要的冷却负载。第二实施方式也提供了与第一实施方式的优点相似的优点。
[0076] 因而，第二实施方式的废热回收系统能够选择性地优先考虑增加朗肯循环装置中的电力回收或增加发动机5的输出。
[0077] 图7、图8以及图9示出了根据本发明的废热回收系统的第三实施方式。第三实施方式与第一实施方式的不同之处在于：过冷式冷凝器47用来替代第一实施方式中的第一热交换器25、第二热交换器26、第三热交换器27、接收器29、及阀V1至V6。电动操作的风扇47A设置在过冷式冷凝器47的附近并且电连接至控制器11A。第三实施方式的废热回收系统还具有温度和压力传感器48。
[0078] 过冷式冷凝器47通过管65连接至膨胀器23的出口23B，并且通过管66连接至第二泵P2。如图7和图8所示，过冷式冷凝器47具有竖直延伸的第一头部49和第二头部51，在第一头部49与第二头部51之间水平延伸的管53A至53J、第一活塞55和第二活塞
57、接收器59以及驱动器61。第一活塞55、第二活塞57和驱动器61对应于本发明的选择装置。
57、接收器59以及驱动器61。第一活塞55、第二活塞57和驱动器61对应于本发明的选择装置。
[0079] 如图8所示，第一头部49形成有竖直延伸的第一头部腔室49A和第一活塞55所插入通过的孔49B。孔49B设置有密封件63A。第一活塞55能够在第一头部腔室49A中竖直移动。第一活塞55具有活塞杆55A和连接至活塞杆55A的一端的活塞头55B。
[0080] 第一头部腔室49A被分成位于活塞头55B的上侧的第一主腔室49C和位于活塞头55B的下侧的第一副腔室49D。第一头部49具有入口49E和出口49F。入口49E形成在第一头部49的上部部分中并且与第一主腔室49C连通。入口49E连接至管65。出口49F形成在第一头部49的下部部分中并与第一副腔室49D连通。出口49F连接至管66。
[0081] 与第一头部49一样，第二头部51形成有竖直延伸的第二头部腔室51A和第二活塞57所插入通过的孔51B。孔51B设置有密封件63B。第二活塞57能够在第二头部腔室51A中竖直移动。第二活塞57具有活塞杆57A和连接至活塞杆57A的一端的活塞头57B。
[0082] 第二头部腔室51A被分成位于活塞头57B的上侧的第二主腔室51C和位于活塞头57B的下侧的第二副腔室51D。第一头部51具有与第二主腔室51C连通的出口51E和与第二副腔室51D连通的入口51F。
[0083] 管53A至53J设置成在过冷式冷凝器47中以固定的间隔平行于彼此。在任何两个相邻的管53A至53J之间设置有散热片67。管53A至53J的每一个在其一端处连接至第一头部49并且与第一头部腔室49A连通。管53A至53J的每一个在其另一端处连接至第二头部51并且与第二头部腔室51A连通。第一头部49的第一头部腔室49A通过管53A至53J与第二头部51的第二头部腔室51A连通。在过冷式冷凝器47中，管53A至53J的每一个用作冷凝器或过冷器。在过冷式冷凝器47中，管比如53A的数目应当为三个或更多。
[0084] 接收器59设置有入口通道59A和出口通道59B。接收器59中形成有储存室59C，储存室59C与入口通道59A和出口通道59B连通。储存室59C的下部部分形成贮存室59D。入口通道59A连接至第二头部51的出口51E，出口通道59B连接至第二头部51的入口51F。
接收器59连接至第二头部51，并且储存室59C与第二头部腔室51A连通。
接收器59连接至第二头部51，并且储存室59C与第二头部腔室51A连通。
[0086] 驱动器61连接至第一活塞55和第二活塞57的活塞杆55A、57A的端部。尽管在附图中没有示出，但驱动器61具有已知的马达和齿轮机构，并且驱动器61在控制器11A的控制下被操作使得第一活塞55和第二活塞57在第一头部49和第二头部51的相应的第一头部腔室49A和第二头部腔室51A中一起竖直移动(见图8)。
[0087] 温度和压力传感器48电连接至控制器11A。温度和压力传感器48对排出过冷式冷凝器47且在管66中流动的工作流体的温度和压力，即，进入第二泵P2的工作流体的温度和压力进行监测。换句话说，温度和压力传感器48基于进入第二泵P2的工作流体的温度和压力对工作流体的状态进行监测。温度和压力传感器48将对应于工作流体的状况的值发送至控制器11A。废热回收系统的其它元件或部件与第一实施方式的废热回收系统的相对应的元件或部件相似。
[0088] 同样，在第三实施方式的废热回收系统中，与第一实施方式的情况一样，排出蒸发器21的高温、高压工作流体在膨胀器23中减压。排出膨胀器23的出口23B的工作流体流动通过管65并进入过冷式冷凝器47的第一头部49的第一主腔室49C。然后，控制器11A对风扇47A进行操作。
[0089] 如果控制器11A确定出发动机所需要的输出低，并且压缩空气所需要的冷却负载低于阈值，则控制器11A对驱动器61进行控制，使得第一活塞55和第二活塞57在第一头部49和第二头部51的相应的第一头部腔室49A和第二头部腔室51A中一起向下移动。这样，在第一头部腔室49A中，第一主腔室49C的比率变得比第一副腔室49D的比率大。同样在第二头部腔室51A中，第二主腔室51C的比率变得比第二副腔室51D的比率大。因而，在连接至第一头部49和第二头部51的管53A至53J中，与第一主腔室49C和第二主腔室51C连通的管的容积比与第一副腔室49D和第二副腔室51D连通的管的容积大。
[0090] 具体地，在管53A至53J中，管53A至53G与第一主腔室49C和第二主腔室51C连通，而管53H至53J与第一副腔室49D和第二副腔室51D连通。在从管65流入到第一主腔室49C中之后，工作流体流动通过管53A至53G，在管53A至53G中工作流体的热量被释放到过冷式冷凝器47周围的空气中，然后工作流体进入第二主腔室51C。即，在管53A至53J中，管53A至53G用作冷凝器。
[0091] 流入到第二主腔室51C中的工作流体然后流动通过入口通道59A进入到接收器59的储存室59C中，在接收器59的储存室59C中，工作流体被分离成气相流体和液相流体。液相工作流体被储存在贮存室59D中，然后流动通过出口通道59B进入到第二副腔室51D中。流动通过管53H至53J的工作流体被过度冷却并进入第一副腔室49D。即，在管53A至53J中，管53H至53J用作过冷器。过冷的工作流体排出第一头部49，然后流动通过管66进入到第二泵P2中。
[0092] 如果控制器11A确定出发动机5的所需要的输出高并且压缩空气所需要的冷却负载超过阈值，则控制器11A对驱动器61进行控制使得第一活塞55和第二活塞57在第一头部49和第二头部51的相应的第一头部腔室49A和第二头部腔室51A中一起向上移动。这样，在第一头部腔室49A中，第一副腔室49D的比率变得比第一主腔室49C的比率大。同样在第二头部腔室51A中，第二副腔室51D的比率比第二主腔室51C的比率大。因而，在连接至第一头部49和第二头部51的管53A至53J中，与第一副腔室49D和第二副腔室51D连通的管的容积变得比与第一主腔室49C和第二主腔室51C连通的管的容积大。
[0093] 具体地，在管53A至53J中，管53A至53C与第一主腔室49C和第二主腔室51C连通，而管53D至53J与第一副腔室49D和第二副腔室51D连通。在从管65流入到第一主腔室49C中之后，工作流体流动通过管53A至53C，并且然后进入第二主腔室51C。即，在管53A至53J中，管53A至53C用作冷凝器。
[0094] 在排出接收器59之后，流动通过管53D至53J的液相工作流体被过度冷却并且进入第一副腔室49D。即，在管53A至53J中，管53D至53J用作冷却器。如图8的情况那样，过冷的工作流体排出第一头部49，并且然后流动通过管66进入到第二泵P2中。
[0095] 如上所述，在第三实施方式的废热回收系统的过冷式冷凝器47中，通过与第一头部49和第二头部51中的第一活塞55和第二活塞57的整体竖直运动同样的方式来改变第一头部腔室49A中的第一主腔室49C与第一副腔室49D之间的容积比率和第二头部腔室51A中的第二主腔室51C与第二副腔室51D之间的容积比率。在过冷式冷凝器47中，能够改变用作冷凝器的管的数目和用作过冷器的管的数目。因而，如果控制器11A确定出压缩空气所需要的冷却负载低于阈值，则如图8所示的那样用作冷凝器的管的数目增加，而用作过冷器的管的数目减少。即，在过冷式冷凝器47中，冷凝器的比率大于过冷器的比率。
因而，第三实施方式的废热回收系统防止工作流体的过度冷却并因此允许朗肯循环装置3A能量回收的增加。如果控制器11A确定出压缩空气的所需要的冷却负载超过阈值，则如图
9所示的那样用作冷凝器的管的数目减少，而用作过冷器的管的数目增加。即，在过冷式冷凝器47中，过冷器的比率变得比冷凝器的比率大。因而，即使当压缩空气所需要的冷却负载高时，第三实施方式的废热回收系统也能满足高冷却负载的要求，导致压缩空气的充分冷却并且因而导致发动机5的输出增加。在这种情况下，在朗肯循环装置3A中回收的电力量减少。
因而，第三实施方式的废热回收系统防止工作流体的过度冷却并因此允许朗肯循环装置3A能量回收的增加。如果控制器11A确定出压缩空气的所需要的冷却负载超过阈值，则如图
9所示的那样用作冷凝器的管的数目减少，而用作过冷器的管的数目增加。即，在过冷式冷凝器47中，过冷器的比率变得比冷凝器的比率大。因而，即使当压缩空气所需要的冷却负载高时，第三实施方式的废热回收系统也能满足高冷却负载的要求，导致压缩空气的充分冷却并且因而导致发动机5的输出增加。在这种情况下，在朗肯循环装置3A中回收的电力量减少。
[0096] 另外，控制器11A将工作流体的、由温度和压力传感器48监测得到的温度和压力，即，对应于工作流体的状态的值与工作流体的饱和蒸汽压力的数据进行比较。当过冷式冷凝器47中的冷凝器与过冷器的比率如上所述的那样被改变时，控制器11A也基于压缩空气所需要的冷却负载对驱动器61的操作进行控制，使得在管66中流动的工作流体的压力高于饱和蒸汽压力。具体地，控制器11A将对应于压缩空气所需要的冷却负载的值与对应于工作流体状态的值进行比较，然后，控制器11A根据对应于所需要的冷却负载的值与对应于工作流体的状态的值之间的较大值对控制驱动器61的操作进行控制。以此方式，第三实施方式的废热回收系统防止第二泵P2中的工作流体的空化，同时使过冷式冷凝器47的过冷器中工作流体过冷。这防止对第二泵P2造成损害，导致废热回收系统的耐久性增加。废热回收系统也能满足压缩空气所需要的冷却负载。即，第三实施方式的废热回收系统提供给系统增加的耐久性以及发动机5的提高的性能。第三实施方式的废热回收系统也提供与第一实施方式的优点相似的优点。
[0097] 因而，第三实施方式的废热回收系统能够选择性地优先考虑增加朗肯循环装置3A中的电力回收或增加发动机5的输出。
[0098] 图10、11和12示出了根据本发明的废热回收系统的第四实施方式。第四实施方式与第三实施方式的不同之处在于：过冷式冷凝器69用来替代第三实施方式的过冷式冷凝器47。电动操作的风扇69C设置在过冷式冷凝器69的附近并且电连接至控制器11A。
[0099] 如图10和图11所示，过冷式冷凝器69具有竖直延伸的第一头部71和第二头部73、在第一头部71与第二头部73之间水平延伸的管75A至75L、接收器77、活塞79以及驱动器81。活塞79和驱动器81对应于本发明的容积改变装置和选择装置。
[0100] 第一头部71形成有竖直延伸的第一头部腔室71A。第一头部71具有分隔壁71B，分隔壁71B将第一头部腔室71A分成第一主腔室71C和第一副腔室71D。第一头部71具有入口71E和出口71F。入口71E形成在第一头部71的上部部分中并且入口71E与第一主腔室71C连通。入口71E连接至管65。出口71F形成在第一头部71的下部部分中并且与第一副腔室71D连通。出口71F连接至管66。
[0101] 与第一头部71一样，第二头部73形成有竖直延伸的第二头部腔室73A。第二头部73具有分隔壁73B，分隔壁73B将第二头部腔室73A分成第二主腔室73C和第二副腔室73D。第二头部73具有出口73E和入口73F。出口73E与第二主腔室73C连通。入口73F形成在第二头部73的下部部分中并且入口73F与第二副腔室73D连通。
[0102] 如图11所示，管75A至75L设置成在过冷式冷凝器69中以固定的间隔平行于彼此。尽管附图中未示出，但如图8和图9的情况的那样，在任意两个相邻的管75A至75L之间设置有散热片。管75A至75L中的每一个在其一端处连接至第一头部71并且与第一头部腔室71A连通。管75A至75L中的每一个在其另一端处连接至第二头部73并且与第二头部腔室73A连通。第一头部71的第一头部腔室71A通过管75A至75L与第二头部73的第二头部腔室73A连通。具体地，在管75A至75L中，管75A至75I与第一主腔室71C和第二主腔室73C连通，而管75J至75L与第一副腔室71D和第二副腔室73D连通。在过冷式冷凝器69中，管75A至75I相配合以形成上部热交换器69A，并且管75J至75L相配合以形成下部热交换器69B。而且，在过冷式冷凝器69中，管比如75A的数目应当为三个或更多。可以适当选择上部热交换器69A和下部热交换器69B中的管比如75A的数目。
[0103] 接收器77设置有入口通道77A和出口通道77B。接收器77中形成有与入口通道77A和出口通道77B连通的储存室77C。接收器77中具有分隔壁77D。接收器77还具有活塞79所插入通过的孔77E。孔77E设置有密封件63C。
[0104] 入口通道77A连接至第二头部73的出口73E，出口通道77B连接至第二头部73的入口73F。接收器77连接至第二头部73，储存室77C与第二头部腔室73A连通。
[0105] 在接收器77的储存室77C中，活塞79能够沿着接收器77和分隔壁77D的内壁竖直移动。活塞79具有活塞杆79A和连接至活塞杆79A的一端的活塞头77B。活塞头79B具有向下延伸以便围绕活塞杆79A的一部分的裙部79C。尽管在附图中未示出，但密封件设置在活塞头79B周围以在活塞头79B与接收器77的内壁之间，以及在活塞头79B与分隔壁77D之间进行密封。在储存室77C中，除了由活塞头79B限定的空间的部分，接收器77的内壁以及分隔壁77D用作贮存室77F。
[0106] 如图10所示，驱动器81电连接至控制器11A，并且控制器11A对驱动器81的操作进行控制。
[0107] 驱动器81连接至活塞79的活塞杆79A的端部。和图7的驱动器61一样，驱动器81具有已知的马达和齿轮机构(未示出)，并且驱动器81在控制器11A的控制下被操作使得活塞79在接收器77的储存室77C中竖直移动(见图11)。废热回收系统的其它元件或部件与第一实施方式和第三实施方式的废热回收系统的相对应的元件或部件相似。
[0108] 同样在第四实施方式的废热回收系统中，如第三实施方式的情况的那样，流出膨胀器23的工作流体流动通过管65并进入过冷式冷凝器69的第一头部腔室71A的第一主腔室71C。然后，控制器11A对风扇69C进行操作。
[0109] 流入到第一头部71的第一主腔室71C中的工作流体朝向第二头部73流动通过管75A至75I、或者上部热交换器69A。在这种情况下，在远离入口71E或管65的用圆点表示的区域中，工作流体通过将热量释放至过冷式冷凝器69周围的空气而被冷却和液化。因而，在上部热交换器69A的用圆点表示的区域中，工作流体被充分过冷。即，在过冷式冷凝器69中，上部热交换器69A具有用作冷凝器的区域以及用作过冷器的区域。
[0110] 流入到第二头部73的第二主腔室73C中的工作流体流动通过入口通道77A进入到接收器77的储存室77C的贮存室77F中。与工作流体流动通过上部热交换器69A的情况不同，在该情况下，所有的工作流体处于液相中。当被过度冷却时，流动通过出口通道77B进入到第二副腔室73D中的工作流体流动通过管75J至75L、或下部热交换器69B，然后进入第一副腔室71D。即，在过冷式冷凝器69中，下部热交换器69B用作过冷器。过冷的工作流体排出第一头部71，然后流动通过管66进入到第二泵P2中。
[0111] 如果控制器11A确定出发动机5的所需要的输出低并且压缩空气所需要的冷却负载低于阈值，则控制器11A对驱动器81进行控制使得活塞79在储存室77C中向下移动。这样，储存室77C中的贮存室77F的容积增加，并且在上部热交换器69A中液化的大量工作流体流入到储存室77C中。因而，在上部热交换器69A中，用作冷凝器的区域增加。在该情况下，在过冷式冷凝器69中，大约一半或更多的上部热交换器69A用作冷凝器以便从工作流体释放热量，而上部热交换器69A的其余部分与下部热交换器69B相配合以使工作流体过冷。即，在上部热交换器69A中冷凝器的比率变得比上部热交换器69A中过冷器的比率大。
[0112] 如果控制器11A确定出发动机5的所需要的输出高并且压缩空气所需要的冷却负载超过阈值，则控制器11A对驱动器81进行控制使得活塞79如图12所示的那样在储存室77C中向上移动。这样，储存室77C中的贮存室77F的容积减小，然后储存室77C被工作流体填满。溢出的液相工作流体流入到上部热交换器69A中由此以用作过冷器。因而，在上部热交换器69A中，用作过冷器的区域的容积比基本上用作过冷器的区域的容积大。在该情况下，在过冷式冷凝器69中，约30％的上部热交换器69A用作冷凝器以便从工作流体释放能量，而约70％的上部热交换器69A与下部热交换器69B相配合以使工作流体过冷。即，上部热交换器69A中过冷器的比率比上部热交换器69A中冷凝器的比率大。
[0113] 如上所述，在第四实施方式的废热回收系统的过冷式冷凝器69中，贮存室77F的容积由于活塞79的竖直运动而发生变化。在过冷式冷凝器69的上部热交换器69A中，能够改变用作冷凝器的区域的比率和基本上用作过冷器的区域的比率，换句话说，在管75a到75I中，能够改变用作冷凝器的容积的比率和用作过冷器的容积的比率。因而，废热回收系统能够根据压缩空气所需要的冷却负载来改变上部热交换器69A中用作冷凝器的区域的比率和基本上用作过冷器的区域的比率，同时保持用作过冷器的管75J至75L或下部热交换器69B，从而允许朗肯循环装置3a中增加能量回收并且增加发动机5的输出。
[0114] 同样在第四实施方式的废热回收系统中，当过冷式冷凝器69的上部热交换器69A中的用作冷凝器的区域的比率与基本上用作过冷器的区域的比率被改变时，控制器11A根据对应于压缩空气所需要的冷却负载的值与对应于工作流体的状况的值之间的较大值对驱动器61的操作进行控制使得在管66中流动的工作流体的压力高于蒸汽饱和压力。第四实施方式的废热回收系统也提供了与第一实施方式和第三实施方式的优点相似的优点。
[0115] 同样，第四实施方式的废热回收系统能够选择性地优先考虑增加朗肯循环装置3A中的电力回收或发动机5的输出。
[0116] 图13示出了根据本发明的废热回收系统的第五实施方式。第五实施方式的废热回收系统也安装在车辆中并且用于车辆的动力单元1B。该废热回收系统包括朗肯循环装置3B、温度传感器83A至83D、压力传感器83E和控制器11B。控制器11B对应于本发明的确定装置。
[0117] 动力单元1B具有内燃发动机2、管4、作为废气再循环通道的管6A和管6B以及管12。温度传感器83D设置在管6A中。温度传感器83A和调节阀85设置在管6B中。与第一实施方式的动力单元1A一样，动力单元1B具有散热器9、风扇9C、管18和19、以及第一泵P1。风扇9C和第一泵P1电连接至控制器11B。
[0118] 发动机2为具有水套(未示出)的常规的水冷柴油机，其中，LLC或长寿命冷却剂流动通过水套。发动机2具有用于排放废气的出口2A和用于引入随后将说明的混合物的入口2B。发动机2还具有入口2D和出口2C，冷却剂经由入口2D和出口2C流进和流出水套。
[0119] 管4在其一端处被连接至发动机2的出口2A并且在其另一端处连接至车辆的消声器(未示出)。排出发动机2的废气被传送经过管4到达消声器。
[0120] 管6A在其一端处连接至管4并且管6A在其另一端处连接至下面将详细描述的蒸发器22的第一入口22A。管6B在其一端处连接至蒸发器22的第一出口22B并且管6B在其另一端处连接至发动机2的入口2B。管12在其一端处连接至管6B并且在其另一端处连接至车辆的进气口(未示出)。室外空气被引入通过管12进入到管6B中。流动通过管4的部分废气被传送通过管6A、6B，并且作为进入流体和进入空气的此类再循环废气的混合物被引入到发动机2中。
[0121] 调节阀85电连接至控制器11B。通过对调节阀85的开口进行调节来完成从管4流入到管6A中的废气的流速的调节。
[0122] 温度传感器83A、83D电连接至控制器11B。温度传感器83A对排出蒸发器22的第一出口22B和流动通过管6B的再循环废气的温度进行监测，并且向控制器11B发送监测数据。温度传感器83D对流动通过管6A且进入蒸发器22的第一入口22A的再循环废气的温度进行监测，并且向控制器11B发送监测数据。
[0123] 管18在其一端处连接至发动机2的出口2C并且在其另一端处连接至散热器9的入口9A。管19在其一端处连接至散热器9的出口9B并且在其另一端连接至发动机2的入口2D。
[0124] 朗肯循环装置3B与第四实施方式的朗肯循环装置3A的不同之处在于：蒸发器22被用来替代蒸发器21。第二泵P2、温度和压力传感器48、风扇69C及驱动器81电连接至控制器11B。
[0125] 蒸发器22具有第二入口22C、第二出口22D、以及上述第一入口22A和第一出口22B。蒸发器22中形成有在第一入口22A与第一出口22B之间连接的第一通道22E以及在第二入口22C与第二出口22D之间连接的第二通道22F。在蒸发器22中，热交换在第一通道22E中流动的再循环废气与第二通道22F中流动的工作流体之间发生，使得再循环废气被冷却并且工作流体被加热。
[0126] 管31在第二泵P2与蒸发器22的第二入口22C之间连接。管32在蒸发器22的第二出口22D与膨胀器23的入口23A之间连接。
[0127] 在管31中设置有温度传感器83B。在管66中设置有温度传感器83C和压力传感器83E。温度传感器83B、83C和压力传感器83E电连接至控制器11B。
[0128] 温度传感器83B对流动通过管31并且进入蒸发器22的第二入口22C的工作流体的温度进行监测。温度传感器83B向控制器11B发送监测数据。
[0129] 温度传感器83C对流动通过管66并且进入第二泵P2的工作流体的温度进行监测。温度传感器83C向控制器11B发送监测数据。
[0130] 压力传感器83E对流动通过管66的工作流体的压力，即，在膨胀器23的下游且在第二泵P2的上游存在的工作流体的压力(冷凝压力)进行监测。压力传感器83E向控制器11B发送监测数据。压力传感器83E可以与温度传感器83C以及温度和压力传感器48成一体。
[0131] 控制器11B对风扇9C、69C的操作进行控制，使得从工作流体或冷却剂释放到室外空气中的热量被适当调节。控制器11B还对调节阀85和第一泵P1、第二泵P2的操作进行控制。基于由传感器83A至83E监测到的再循环废气的温度、工作流体的温度、以及工作流体的冷凝压力，控制器11B确定用于使再循环废气冷却所需要的冷却负载。同样控制器11B存储工作流体的饱和蒸汽压力的数据。基于确定的所要求的冷却负载，控制器11B对驱动器81的操作进行控制。控制器11B对驱动器81的操作进行控制使得流动通过管66的工作流体的压力高于蒸汽饱和压力。废热回收系统的其它元件或部件与第四实施方式的废热回收系统的相对应的元件或部件相似。
[0132] 下面将描述本发明的废热回收系统的操作。
[0133] 当动力单元1B的发动机2操作为对车辆进行驱动时，排出发动机2的出口2A的废气被传送通过管4并且从消声器(未示出)排出。控制器11B对调节阀85的开口进行调节使得管4中的部分废气流入到管6A中。流入到管6A中的废气，即，再循环废气，经由蒸发器22的第一入口22A进入到蒸发器22中，流动通过第一通道22E，然后经由蒸发器22的第一出口22B流出蒸发器22进入到管6B中。流动通过管6B的再循环废气与引入通过管12的室外空气混合，并且这种混合物经由发动机2的入口2B进入到发动机2中。
[0134] 控制器11B使第一泵P1、第二泵P2、以及风扇9C、69C被操作。在使发动机2冷却后，冷却剂通过与室外空气进行热交换而在散热器9中被冷却，然后再次进入发动机2以便用来使发动机2冷却。
[0135] 在朗肯循环装置3B中，从第二泵P2中排出的工作流体在管31中流动，然后经由第二入口22C进入到蒸发器22的第二通道22F中，在蒸发器22的第二通道22F中，热交换在工作流体体与流动通过蒸发器22的第一通道22E的再循环废气之间发生。由于再循环废气具有约500℃的温度，所以流动通过蒸发器22的第二通道22F的工作流体被适当加热。在第一通道22E中流动的再循环废气通过将热量释放至在第二通道22F中流动的工作流体而被冷却，然后，再循环废气被传送至发动机2。
[0136] 在由蒸发器22加热之后，流出第二出口22D的高温、高压工作流体流动通过管32并经由膨胀器23的入口23A进入膨胀器23。工作流体在膨胀器23中被减压或膨胀从而产生压力能，该压力能用来在连接至膨胀器23的发电机中产生电力。然后，工作流体流动通过过冷式冷凝器69并进入第二泵P2。
[0137] 基于来自温度传感器83A至83D以及来自压力传感器83E的监测数据，控制器11B确定再循环废气所需要的冷却负载。
[0138] 如果由温度传感器83A监测到的温度低，则能够确定出再循环废气通过蒸发器22中的热交换而被充分冷却。因而，控制器11B确定出再循环废气所需要的冷却负载低，即，所要求的冷却负载低于设定阈值。
[0139] 类似地，当由温度传感器83D监测到的温度低时，能够确定出再循环废气的温度低，因此，控制器11B确定出再循环废气所需要的冷却负载低。
[0140] 类似地，当温度传感器83B、83C以及压力传感器83E监测到的温度和压力低时，工作流体的温度低，因此蒸发器22的用于使再循环废气冷却的能力高。因此，控制器11B确定出再循环废气所需要的冷却负载低。
[0141] 在这种情况下，因为进入蒸发器22的工作流体的温度在朗肯循环装置3B中并不需要非常低，所以控制器11B如在控制器11A确定出发动机5所需要的输出低(见图11)的第四实施方式中的情况那样对驱动器81的操作进行控制。
[0142] 这样，在过冷式冷凝器69中上部热交换器69A中的冷凝器的比率比上部热交换器69A中过冷器的比率大。这允许朗肯循环装置3B中电力回收的增加。
[0143] 如果由温度传感器83A监测到的温度高，则能够确定出蒸发器22中的再循环废气的冷却是不充分的。控制器11B确定出再循环废气所需要的冷却负载高，即，所需要的冷却负载超过阈值。
[0144] 类似地，当温度传感器83D监测到的温度高时，能够确定出再循环废气的温度高，因此蒸发器22的用于使再循环废气冷却的能力高。因此，控制器11B确定出再循环废气所需要的冷却负载高。
[0145] 类似地，当温度传感器83B、83C和压力传感器83E监测到的温度和压力高时，能够确定出排出过冷式冷凝器69的工作流体的温度不是非常低。在该情况下，能够确定出工作流体在蒸发器22中被加热到高温，换句话说，用作加热蒸发器22中的工作流体的热源的再循环废气具有高的温度。因此，控制器11B确定出再循环废气所需要的冷却负载高。
[0146] 在这种情况下，需要进一步降低进入蒸发器22的工作流体的温度，因此，控制器11B如在控制器11A确定出发动机5的所需要的输出高(见图12)的第四实施方式中的情况那样对驱动器81的操作进行控制。
[0147] 因而，在过冷式冷凝器69的上部热交换器69A中，过冷器的比率大于冷凝器的比率。因而，废热回收系统能够满足再循环废气所需要的冷却负载，从而导致再循环气体与混合物之比增加，并因此导致通过管4排放到大气中的废气中的氮氧化物的量减少。
[0148] 该实施方式的废热回收系统使控制器11B能够基于由温度传感器83A至83D监测到的工作流体和再循环废气的温度以及基于由压力传感器83E监测到的工作流体的冷凝压力适当地确定再循环废气所要求的冷却负载。第五实施方式的废热回收系统也提供与第一实施方式、第三实施方式和第四实施方式的优点相似的优点。
[0149] 因而，第五实施方式的废热回收系统也能够选择性地优先考虑增加朗肯循环装置3B中的电力回收或增加发动机2的输出。
[0151] 在第一实施方式和第二实施方式中，废热回收系统可以设置有传感器，比如在第三实施方式、第四实施方式和第五实施方式中所使用的传感器48，并且控制器11A可以对阀V1至V6的操作进行控制，使得在管30中流动的工作流体的压力不低于饱和蒸汽压力。在该情况下，控制器11A也可以根据对应于所需要的冷却负载的值与由传感器监测到的温度和压力的值之间的较大值，即，对应于工作流体的状态的值对阀V1至V6的操作进行控制。
[0152] 在第一实施方式至第四实施方式中，朗肯循环装置3A可以具有废气蒸发器比如22而不是蒸发器21，使得废热回收系统用于动力单元比如1B(见图13)。
[0153] 在第五实施方式的废热回收系统中，控制器11B可以基于发动机2的可以从车辆的加速踏板位置确定出的所需要的输出来确定再循环废气所需要的冷却负载。在该情况下，控制器11B可以基于由传感器83A至83E监测到的温度和压力与发动机2的所需要的输出的综合结果来确定再循环废气所需要的冷却负载。替代性地，第五实施方式的废热回收系统可以省去传感器83A至83E，并且控制器11B可以仅基于发动机2的所需要的输出来确定再循环废气所需要的冷却负载。
[0154] 可以改变第五实施方式的废热回收系统使得传感器83A至83E中的任一个被使用，或者传感器83A至83E中的任意组合被使用。
[0155] 在第一实施方式至第四实施方式中，废热回收系统可以设置有在第五实施方式中使用的传感器比如83A至83E中的任何传感器，使得基于传感器监测到的温度或压力来确定压缩空气所需要的冷却负载。在该情况下，该系统可以具有所有传感器，比如83A至83E，或仅具有这些传感器中的一个。替代性地，该系统可以具有这些传感器的任意组合。控制器11A可以基于发动机5所需要的输出以及由传感器比如83A至83E监测到的温度或压力，或者基于由传感器比如83A至83E监测到的温度或压力来确定压缩空气所需要的冷却负载。
[0156] 在第一实施方式至第五实施方式中，控制器11A、11B可以构造成基于车辆速度来确定压缩空气或再循环废气所需要的冷却负载。在这种情况下，如果车辆速度超过预定值，则在热交换器25至27中以及在过冷式冷凝器47、69中热量从工作流体中被适当释放，从而在管30、66中流动的工作流体的温度降低。换句话说，然后，在管30、66中流动的工作流体的冷凝压力降低。在该情况下，压缩空气能够在蒸发器21中被适当冷却，并且再循环废气也能够在蒸发器22中被适当冷却。因而，控制器11A、11B能够确定出压缩空气或再循环废气所需要的冷却负载为低。另一方面，如果车辆速度低于预定值，则用于使工作流体冷却的过冷式冷凝器47、69以及热交换器25至27的能力变低，并且因此在管30、66中流动的工作流体的温度，即，在管30、66中流动的工作流体的冷凝压力增加。在该情况下，在蒸发器21中压缩空气不能被充分冷却，并且在蒸发器22中再循环废气也不能被充分冷却。因而，控制器11A、11B能够确定出压缩空气或再循环废气所需要的冷却负载高。控制器11A、11B可以仅基于所监测到的车辆速度，或者基于所监测到的车辆速度与发动机2、5所需要的输出、由温度传感器83A至83D所监测到温度以及由压力传感器83E所监测到的压力的任意组合来确定压缩空气或再循环废气所需的冷却负载。
[0157] 在第一实施方式至第四实施方式中，除了蒸发器21，还可以设置废气蒸发器，比如22。类似地，在第五实施方式中，除了蒸发器22，还可以设置压缩空气蒸发器，比如21。
[0158] 在第一实施方式至第五实施方式中，废热回收系统可以设置有任何蒸发器而不是在上述实施方式中使用的蒸发器。这种蒸发器可以构造成用于工作流体与发动机冷却剂之间的、工作流体与用于发动机2、5的润滑油之间的、或者工作流体与废气而不是再循环废气之间的热交换。在这种情况下，工作流体可以由发动机2、5的废热通过冷却剂适当地加热，从而允许朗肯循环装置3A、3B中电力回收的增加。另外，冷却剂还能够通过与工作流体的热交换而被冷却，从而允许发动机2、5适当地冷却，同时减小冷却装置比如散热器9的尺寸。
[0159] 在第一实施方式和第二实施方式中，阀V1、V2可以由分配阀替代，该分配阀允许排出第一热交换器25的出口25B的工作流体选择性地流动通过管34或者流动通过管36。这种分配阀应当优选地设置在管34、36的连接处。类似地，阀V3、V4可以由分配阀替代，该分配阀允许排出第二热交换器26的出口26B的工作流体选择性地流动通过管35或者流动通过管37。这种分配阀应当优选地设置在管35、37的连接处。
[0160] 在第一实施方式中，阀V5、V6可以由分配阀替代，该分配阀允许排出接收器29的出口29B的工作流体选择性地流动通过管38或者流动通过管39。这种分配阀应当优选地设置在管38、39和41的连接处。这种分配阀应当优选地电连接至控制器11A并且由控制器11A控制。这种分配阀对应于本发明的选择阀。
[0161] 在第四实施方式中，活塞79和驱动器81可以由如下任何合适的容积改变装置或选择装置替代：即，该装置能通过比如压力和热量的手段来改变贮存室77F的容积。这种装置例如包括膜片、波纹管和恒温器。
[0162] 本发明适用于车辆。
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