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朗肯循环系统及其控制方法

阅读：789发布：2020-05-17

专利汇可以提供朗肯循环系统及其控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种朗肯循环系统，用以收集发动机排气管的废热，所述朗肯循环系统包括顺序连接的工质箱、用以从所述工质箱中向外抽取工质的增压装置、用以与所述发动机排气管进行换热的热交换装置、能量转化装置以及冷却装置，所述朗肯循环系统还包括连接在所述能量转化装置与所述冷却装置之间的增压装置。如此设置，降低了对冷却装置以及增压装置的性能要求。另外，本发明还涉及一种朗肯循环系统的控制方法。，下面是朗肯循环系统及其控制方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种朗肯循环系统，用以收集发动机排气管的废热，所述朗肯循环系统包括顺序连接的工质箱、用以从所述工质箱中向外抽取工质的增压装置、用以与所述发动机排气管进行换热的热交换装置、能量转化装置以及冷却装置，其特征在于：所述朗肯循环系统还包括连接在所述能量转化装置与所述冷却装置之间的增压装置以及与所述增压装置并联的节流元件。
2.如权利要求1所述的朗肯循环系统，其特征在于：所述增压装置直接连接在所述能量转化装置与所述冷却装置之间。
3.如权利要求1所述的朗肯循环系统，其特征在于：所述朗肯循环系统包括安装在所述冷却装置下游的压力传感器。
4.如权利要求1所述的朗肯循环系统，其特征在于：所述朗肯循环系统包括安装在所述冷却装置下游的温度传感器。
5.一种朗肯循环系统的控制方法，所述朗肯循环系统用以收集发动机排气管的废热，所述朗肯循环系统包括顺序连接的工质箱、增压装置、热交换装置、能量转化装置、冷却装置、连接在所述能量转化装置与所述冷却装置之间的增压装置、与所述增压装置并联的节流元件、以及安装在所述冷却装置与所述工质箱之间的传感器，所述控制方法包括如下步骤：
S1：通过所述传感器的测试结果，判断出所述冷却装置的出口处的工质状态，如果所述工质状态为气态，则执行步骤S2；
S2：调小所述节流元件，并提高所述增压装置的输出压力，直至所述工质状态为液态。
6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述传感器包括温度传感器以及压力传感器。
7.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述节流元件是开关阀，在步骤S2中，关闭所述开关阀。
8.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述节流元件是比例阀，在步骤S2中，减小所述比例阀的开度。

说明书全文

朗肯循环系统及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种朗肯循环系统及其控制方法，属于发动机尾气废热回收的技术领域。

背景技术

[0002] 现有技术中已经揭示了利用朗肯循环（Rankine Cycle)来回收废热的系统。通常，朗肯循环主要包括工质箱、增压装置（例如泵）、热交换装置（例如蒸发器）、能量转化装置（例如膨胀机）以及冷却装置（例如冷凝器）。使用时，所述泵将一种工质（例如水）升压之后与高温的发动机排气在所述蒸发器上进行热交换，该工质被加热汽化，直至成为过热蒸汽后，进入膨胀机中做功，做功后的低压蒸汽进入冷凝器被冷却凝结成液态，再回到泵中，完成一个循环。经过此过程之后，相当于将发动机尾气的废热转化成可以利用的机械能，以实现能量的回收与利用。

[0003] 但是，当工质在膨胀机做功之后，膨胀机出口处的工质为气态，此时经过所述冷凝器冷凝到液态时，需要温度降低很多，因此对冷凝器的性能要求较高。另外，工质再次经过泵时，又需要很高的泵压，那么对泵本身又提出了较高的性能要求。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种优化的朗肯循环系统及其控制方法，降低对冷却装置以及增压装置的性能要求。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种朗肯循环系统，用以收集发动机排气管的废热，所述朗肯循环系统包括顺序连接的工质箱、用以从所述工质箱中向外抽取工质的增压装置、用以与所述发动机排气管进行换热的热交换装置、能量转化装置以及冷却装置，所述朗肯循环系统还包括连接在所述能量转化装置与所述冷却装置之间的增压装置。

[0006] 作为本发明进一步改进的技术方案，所述增压装置直接连接在所述能量转化装置与所述冷却装置之间。

[0007] 作为本发明进一步改进的技术方案，所述朗肯循环系统包括安装在所述冷却装置下游的压力传感器。

[0008] 作为本发明进一步改进的技术方案，所述朗肯循环系统包括安装在所述冷却装置下游的温度传感器。

[0009] 作为本发明进一步改进的技术方案，所述朗肯循环系统包括与所述增压装置并联的节流元件。

[0010] 本发明还涉及如下技术方案：一种朗肯循环系统的控制方法，所述朗肯循环系统用以收集发动机排气管的废热，所述朗肯循环系统包括顺序连接的工质箱、增压装置、热交换装置、能量转化装置、冷却装置、连接在所述能量转化装置与所述冷却装置之间的增压装置、与所述增压装置并联的节流元件、以及安装在所述冷却装置与所述工质箱之间的传感器，所述控制方法包括如下步骤：

[0011] S1：通过所述传感器的测试结果，判断出所述冷却装置的出口处的工质状态，如果所述工质状态为气态，则执行步骤S2；

[0012] S2：调小所述节流元件，并提高所述增压装置的输出压力，直至所述工质状态为液态。

[0013] 作为本发明进一步改进的技术方案，所述传感器包括温度传感器以及压力传感器。

[0014] 作为本发明进一步改进的技术方案，所述节流元件是开关阀，在步骤S2中，关闭所述开关阀。

[0015] 作为本发明进一步改进的技术方案，所述节流元件是比例阀，在步骤S2中，减小所述比例阀的开度。

[0016] 相较于现有技术，本发明通过设置增压装置，降低了对冷却装置以及增压装置的性能要求。附图说明

[0017] 图1是本发明朗肯循环系统的原理图。

[0018] 图2是本发明朗肯循环系统与现有技术相比的温-熵图。

具体实施方式

[0019] 请参图1所示，本发明揭示了一种朗肯循环系统100，用以收集发动机排气管200的废热。所述朗肯循环系统100包括顺序连接的工质箱1、用以从所述工质箱1中向外抽取工质的增压装置2、用以与所述发动机排气管200进行换热的热交换装置3、能量转化装置4、冷却装置5、连接在所述能量转化装置4与所述冷却装置5之间的增压装置6、以及与所述增压装置6并联的节流元件7。在本发明图示的实施方式中，所述增压装置2为工质泵，所述热交换装置3为蒸发器，所述能量转化装置4为膨胀机，所述冷却装置5为冷凝器，所述节流元件7为开关阀或者比例阀。

[0020] 请参图1所示，在本发明图示的实施方式中，所述增压装置2直接连接在所述能量转化装置4与所述冷却装置5之间。

[0021] 所述朗肯循环系统100包括安装在所述冷却装置5下游的传感器。在本发明图示的实施方式中，所述传感器包括压力传感器8以及温度传感器9，且所述压力传感器8以及温度传感器9位于所述冷却装置5与所述工质箱1之间。通过所述传感器的测试结果，能够判断出所述冷却装置5的出口处的工质状态。

[0022] 请参图1及图2所示，本发明的控制方法包括如下步骤：

[0023] S1：通过所述传感器的测试结果，判断出所述冷却装置5的出口处的工质状态，如果所述工质状态为气态，则执行步骤S2；

[0024] S2：调小所述节流元件7，并提高所述增压装置5的输出压力，直至所述工质状态为液态。

[0025] 当所述节流元件7是开关阀时，在步骤S2中，关闭所述开关阀。

[0026] 当所述节流元件7是比例阀时，在步骤S2中，减小所述比例阀的开度。

[0027] 请参图2所示，以下就本发明的技术方案与现有技术进行对比说明。

[0028] 图2为典型的朗肯循环的温-熵图（即T-S图）。其中：A-B-C-D-E-F-A的循环是现有技术的特征曲线，而A-B’-C’-D’-E-F-A是本发明的特征曲线。其中，A-B为工质在膨胀机中的做功过程，B-C-D为工质在冷凝器中的冷却过程，D-E为工质在工质泵中的压缩过程，E-F-A为工质在蒸发器中的吸热过程。从图2中可以看出，根据现有技术中的朗肯循环系统（没有增压装置6），当温度从B降到C时，温差较大，这对冷凝器的性能要求较高。另外，当工质压力从D升到E时，需要很大的泵压，对工质泵的要求也较高。

[0029] 但是，采用本发明的技术方案之后，在膨胀机中做功后，通过所述增压装置6对工质进行增压，即B-B’，然后再进行冷凝，此时冷凝器的冷凝温度只需要从B’降到C’，温差较小，降低了对冷凝器的性能要求。因此，所述冷凝器的尺寸可以做的比较小，从而减小放置空间并降低成本。另外，在工质泵中增压时，增压压力只需从D’升高到E，对工质泵要求较低，降低了设计难度。

[0030] 相较于现有技术，本发明通过设置增压装置6，降低了对冷却装置5以及增压装置2的性能要求，是一种比较优化的方案。

[0031] 另外，以上实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，对本说明书的理解应该以所属技术领域的技术人员为基础，例如“前后贯穿”指的是在未安装其他零件之前是贯穿的，再例如对“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等方向性的描述，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

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