[发明专利]朗肯循环系统及其控制方法

说明书

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当所述冷却装置的出口的工质状态为非液态时，能够将所述冷却装置的出口的工质重新回到所述冷却装置中的再冷凝管路。如此设置，确保所述冷却装置的出口的工质状态，提升了所述朗肯循环系统的性能。另外，本发明还涉及一种朗肯循环系统的控制方法。

技术领域

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

近年来，随着汽车产销量的不断增加以及汽车产业的能耗在总能耗中占有的比例越来越大，汽车节能减排问题越来越受到重视。从目前车用内燃机的热平衡看，用于动力输出的功率一般只占燃料燃烧总热量的30％～45％（柴油机）或 20％～30％（汽油机）。以废热形式排出的热量占燃烧总热量的 55％～70％（柴油机）或 70％～80％（汽油机），主要包括循环冷却水带走的热量和排气带走的热量。其中排气带走的热量约占进入发动机燃料燃烧所产生热量的 40％～45％（汽油机），35%～40%（高速柴油机）或 30%～40%（中速柴油机）。由此可知，车用内燃机的热效率较低，燃料燃烧产生的热量中能够被有效利用的只有三分之一左右。这不仅会造成热量的损失，而且还会对环境造成危害。因此，如何实现车用内燃机余热能量的有效转化再利用，已经成为一个亟待解决的问题。

近年来，全世界各大内燃机相关研究机构和制造商都开始研究内燃机的余热回收技术，并且已经研发出了利用朗肯循环（Rankine Cycle)来回收废热的技术。2012年5月23日公开的中国发明专利申请第CN102472121A号、2010年8月25日公开的中国发明专利申请第CN101815903A号以及2004年4月1日公开的美国专利申请第US20040060292A1号均揭示了朗肯循环相关技术。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。

然而，采用朗肯循环来进行内燃机的余热回收，存在许多技术难点，其中主要的技术难点是系统优化以及关键部件的控制。

发明内容

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。

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能够将所述冷却装置的出口的工质重新回到所述冷却装置中的再冷凝管路。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述朗肯循环系统设有安装在所述冷却装置的出口的压力传感器、温度传感器以及位于所述压力传感器与所述温度传感器下游的第一三通阀，所述第一三通阀包括与所述冷却装置的出口相连的第一入口、与所述工质箱相连的第一出口以及与所述再冷凝管路相连的第二出口。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述朗肯循环系统还包括能够将所述热交换装置的出口的工质重新回到所述热交换装置的再蒸发管路。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述朗肯循环系统设有安装在所述热交换装置的出口的压力传感器、温度传感器以及位于所述压力传感器与所述温度传感器下游的第二三通阀，所述第二三通阀包括与所述热交换装置的出口相连的第二入口、与所述能量转化装置相连的第三出口以及与所述再蒸发管路相连的第四出口。