[發明專利]朗肯循環系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201410726593.X
• 申請日: 2014-12-04
• 公開（公告）號: CN105715406B
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 趙佳;蔣思望;樊高峰;杜標;李楠
• 申請（專利權）人: 天納克（蘇州）排放系統有限公司
• 主分類號: F02G5/02
• 分類號: F02G5/02;F01K13/00
• 代理公司: 蘇州威世朋知識產權代理事務所(普通合伙) 32235
• 代理人: 楊林潔

一種朗肯循環系統，用以收集發動機排氣管的廢熱，所述朗肯循環系統包括順序連接的工質箱、用以從所述工質箱中向外抽取工質的增壓裝置、用以與所述發動機排氣管進行換熱的熱交換裝置、能量轉化裝置以及冷卻裝置，所述朗肯循環系統還包括當所述冷卻裝置的出口的工質狀態為非液態時，能夠將所述冷卻裝置的出口的工質重新回到所述冷卻裝置中的再冷凝管路。如此設置，確保所述冷卻裝置的出口的工質狀態，提升了所述朗肯循環系統的性能。另外，本發明還涉及一種朗肯循環系統的控制方法。

技術領域

本發明涉及一種朗肯循環系統及其控制方法，屬于發動機尾氣廢熱回收的技術領域。

背景技術

近年來，隨著汽車產銷量的不斷增加以及汽車產業的能耗在總能耗中占有的比例越來越大，汽車節能減排問題越來越受到重視。從目前車用內燃機的熱平衡看，用于動力輸出的功率一般只占燃料燃燒總熱量的30％～45％（柴油機）或 20％～30％（汽油機）。以廢熱形式排出的熱量占燃燒總熱量的 55％～70％（柴油機）或 70％～80％（汽油機），主要包括循環冷卻水帶走的熱量和排氣帶走的熱量。其中排氣帶走的熱量約占進入發動機燃料燃燒所產生熱量的 40％～45％（汽油機），35%～40%（高速柴油機）或 30%～40%（中速柴油機）。由此可知，車用內燃機的熱效率較低，燃料燃燒產生的熱量中能夠被有效利用的只有三分之一左右。這不僅會造成熱量的損失，而且還會對環境造成危害。因此，如何實現車用內燃機余熱能量的有效轉化再利用，已經成為一個亟待解決的問題。

近年來，全世界各大內燃機相關研究機構和制造商都開始研究內燃機的余熱回收技術，并且已經研發出了利用朗肯循環（Rankine Cycle)來回收廢熱的技術。2012年5月23日公開的中國發明專利申請第CN102472121A號、2010年8月25日公開的中國發明專利申請第CN101815903A號以及2004年4月1日公開的美國專利申請第US20040060292A1號均揭示了朗肯循環相關技術。通常，朗肯循環主要包括工質箱、增壓裝置（例如泵）、熱交換裝置（例如蒸發器）、能量轉化裝置（例如膨脹機）以及冷卻裝置（例如冷凝器）。使用時，所述泵將一種工質（例如水）升壓之后與高溫的發動機排氣在所述蒸發器上進行熱交換，該工質被加熱汽化，直至成為過熱蒸汽后，進入膨脹機中做功，做功后的低壓蒸汽進入冷凝器被冷卻凝結成液態，再回到泵中，完成一個循環。經過此過程之后，相當于將發動機尾氣的廢熱轉化成可以利用的機械能，以實現能量的回收與利用。

然而，采用朗肯循環來進行內燃機的余熱回收，存在許多技術難點，其中主要的技術難點是系統優化以及關鍵部件的控制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種優化的朗肯循環系統及其控制方法。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種朗肯循環系統，用以收集發動機排氣管的廢熱，所述朗肯循環系統包括順序連接的工質箱、用以從所述工質箱中向外抽取工質的增壓裝置、用以與所述發動機排氣管進行換熱的熱交換裝置、能量轉化裝置以及冷卻裝置，所述朗肯循環系統還包括能夠將所述冷卻裝置的出口的工質重新回到所述冷卻裝置中的再冷凝管路。

作為本發明進一步改進的技術方案，所述朗肯循環系統設有安裝在所述冷卻裝置的出口的壓力傳感器、溫度傳感器以及位于所述壓力傳感器與所述溫度傳感器下游的第一三通閥，所述第一三通閥包括與所述冷卻裝置的出口相連的第一入口、與所述工質箱相連的第一出口以及與所述再冷凝管路相連的第二出口。

作為本發明進一步改進的技術方案，所述朗肯循環系統還包括能夠將所述熱交換裝置的出口的工質重新回到所述熱交換裝置的再蒸發管路。

作為本發明進一步改進的技術方案，所述朗肯循環系統設有安裝在所述熱交換裝置的出口的壓力傳感器、溫度傳感器以及位于所述壓力傳感器與所述溫度傳感器下游的第二三通閥，所述第二三通閥包括與所述熱交換裝置的出口相連的第二入口、與所述能量轉化裝置相連的第三出口以及與所述再蒸發管路相連的第四出口。