[发明专利]朗肯循环系统、热回收系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种朗肯循环系统、热回收系统及其控制方法，特别地，本发明涉及一种回收利用汽车中冷却水热量的朗肯循环系统、热回收系统及其控制方法。

背景技术

现有汽车发动机的能量利用效率普遍比较低，特别是汽油机，其在燃料燃烧产生的能量中约有70%随发动机废气和冷却介质散失，其中随冷却介质耗散的热量约占25%至30%。如何回收利用这部分平白耗散的能量，以提高发动机能量利用率，成为现在汽车研发人员的主要研究方向之一。

现有技术中，通常基于热力学有机物朗肯循环，将这些低品位热源的部分能量通过换热器转储到有机介质中，再将这部分被转储的热能通过合适的膨胀机构转化为机械能。中国发明专利CN201010506610公开了一种回收利用发动机冷却水热量的系统，其布置了至少5个大负荷的换热器，这对于系统尺寸及车内结构布置极为不利，因而难以应用于空间利用极其紧凑的汽车结构。因此，如何设计出适于车载布置的朗肯循环系统或热回收系统成为亟待解决的难题。

发明内容

本发明目的在于提供一种朗肯循环系统，以提高对发动机的损耗热量的回收利用；本发明目的还在于提供一种热回收系统，以提高对发动机的冷却水中热量的回收利用；本发明目的还在于提供一种热回收系统控制方法，以合理控制热回收系统，从而提高系统对能量回收的利用率。

根据本发明的第一个方面，提供一种朗肯循环系统，包括：串联的冷凝器、压缩机和能够从低品位热源吸收热量并将其转化为机械能的热回收流路。

可选地，热回收流路包括：能够从低品位热源吸收热能的热回收换热器和能够将热能热量转化为机械能的膨胀装置。

可选地，膨胀装置为涡旋膨胀机。

可选地，热回收流路还包括：发电部件，发电部件与膨胀装置刚性连接。

可选地，热回收流路还包括：分别设于膨胀装置的上游和下游的多个温度传感器和/或多个压力传感器。

可选地，热回收流路还包括：设于热回收流路上的流量计。

根据本发明的另一个方面，还提供一种朗肯循环系统，其特征在于，还包括：空气调节流路，空气调节流路包括蒸发器和膨胀阀；空气调节流路与冷凝器和压缩机串联，及与热回收流路并联，并且在并联的交点上设有换向阀。

可选地，热回收系统包括如前所述的朗肯循环系统；还包括具有发动机和水泵、节温器的发动机冷却水系统，发动机冷却水系统与朗肯循环系统热力学连接。

可选地，发动机冷却水系统包括具有一段公共流路的冷却流路和排热流路，发动机、水泵和节温器设于公共流路上，排热流路与热回收流路热力学连接。

可选地，公共流路的一端设有比例阀。

根据本发明的另一方面，还提供一种热回收系统控制方法，热回收系统包括朗肯循环系统和发动机冷却水系统；朗肯循环系统包括串联的冷凝器、压缩机和能够从低品位热源吸收热能并将其转化为机械能的热回收流路；发动机冷却水系统包括具有一段公共流路的冷却流路和排热流路及设于公共流路上的水泵和发动机、节温器，发动机冷却水系统通过热回收流路与朗肯循环系统热力学连接，该方法包括：

步骤一，检测发动机冷却水温；

步骤二，当发动机冷却水温达到正常工作温度阈值内时，开启排热流路，冷却水通过排热流路与热回收流路换热；

步骤三，热回收流路将排热流路传递的热能转化为机械能。

可选地，热回收流路包括能够从低品位热源吸收热能的热回收换热器，步骤二进一步包括：

当发动机冷却水温达到正常工作温度阈值内时，开启排热流路，当所述发动机冷却水温达到正常工作温度阈值内时，开启排热流路，冷却水通过排热流路流经热回收换热器与热回收流路换热。

可选地，热回收流路包括能够将从低品位热源吸收的热能转化为机械能的涡旋膨胀机，步骤三进一步包括：

热回收流路中的涡旋膨胀机将排热流路传递的热能转化为机械能。

可选地，热回收系统还包括与涡旋膨胀机连接的发电部件，在步骤三后还包括：

步骤四，发电部件将涡旋膨胀机传递的机械能转化为电能。

可选地，热回收系统还包括设于热回收流路上的流量计和/或分别设于涡旋膨胀机的上游和下游的多个温度传感器和/或多个压力传感器；发动机冷却水系统还包括设于公共流路一端的比例阀，在步骤二后还包括：

步骤五，检测热回收流路的流量和/或温度和/或压力；